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《中国的遗传学研究——遗传学进步推动中国西部经济与社会发展——2011年中国遗传学会大会论文摘要汇编》2011年
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红莲型细胞质雄性不育水稻花粉发育过程中的钙信号

张再君  杨金松  邱东峰  
【摘要】:根据水稻叶枕距、发育时期距离抽穗的时间(天数)及花粉镜检等(见表1)判断红莲型细胞质雄性不育系(HL-CMS)粤泰A、保持系粤泰B幼穗发育时期,取幼穗中部颖花保障发育时期尽可能一致。分别制备花粉液泡膜、花粉细胞质膜和线粒体膜,供分析其Ca~(2+)-ATPase活性。结果表明:在HL-CMS花粉发育不同阶段,花粉细胞质膜Ca~(2+)-ATPase活性的存在动态变化。在花粉发育的四分体至二核期的儿个发育时期,在不育和可育细胞质中,液泡膜Ca~(2+)-ATPase活性呈相似的变化趋势,单核晚期之前Ca~(2+)-ATPase活性逐步升高,单核晚期达到最大值,之后Ca~(2+)-ATPase活性下降;但在单核晚期之后,液泡膜Ca~(2+)-ATPase活性差异明显地显示出来:单核晚期,不育细胞质液泡膜Ca~(2+)-ATPase活性显著高于可育细胞质,而在其后二核期的液泡膜Ca~(2+)-ATPase儿乎相等。另外,在不育和可育细胞质中,线粒体膜Ca~(2+)-ATPase的活性存在显著差异。在四分体时期,不育细胞质线粒体膜Ca~(2+)-ATPase活性明显高于可育细胞质;不育细胞质花粉发育过程中,四分体时期Ca~(2+)-ATPase活性最强,之后逐步下降,二核期最低;在可育细胞质花粉发育过程中,线粒体Ca~(2+)-ATPase活性先升后降,即自四分体到单核早期Ca~(2+)-ATPase活性逐渐升高,单核晚期稍有下降,二核期明显降低。红莲型细胞质雄性不育水稻中,由于atp6基因等因素的影响,使ATP形成不足,而作为生殖细胞的花粉对ATP匮乏最敏感。ATP的匮乏又直接导致花粉细胞质膜、线粒体膜Ca~(2+)-ATPase转移Ca~(2+)所需要的ATP不足,Ca~(2+)-ATPase活性降低,细胞质中过量Ca~(2+)不能转移到花粉细胞外或花粉内的细胞器线粒体中。线粒体中过量钙的积累导致单核晚期花粉中,中央大液泡形成,为维持花粉细胞质钙离子稳态,液泡膜Ca~(2+)-ATPase活性急剧上升以将过量胞质钙离子转移到液泡中,但是液泡本身对钙的承受能力有限,过量的钙离子又使花粉液泡过早破碎,最终导致细胞质积累过量钙离子,从而发生细胞凋亡,产生败育花粉。

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