菊苣(Cichorium intybus)雌配子体发育、花粉-雌蕊互作及胚胎发生模式的细胞与分子机制：基于孢子体自交不亲和性的研究

本研究针对菊科植物菊苣(Cichorium intybus)的生殖生物学空白，通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)首次系统解析了雌配子体发育的细胞学动态，揭示了孢子体自交不亲和(SSI)系统中花粉管抑制的时空特征。团队结合RNA-seq技术鉴定出花粉管引导基因(MEE14、NRX1等)和胼胝质合成关键基因(GSL6/7/12)，为菊科植物生殖隔离机制提供了新见解。研究成果发表于《Plant Cell Reports》，为作物杂交育种提供了理论依据。

　　

菊科作为被子植物最大科之一，其成员表现出惊人的生殖策略多样性。菊苣(Cichorium intybus)不仅是重要经济作物，更是研究孢子体自交不亲和(SSI)的典型材料。然而长期以来，该物种雌配子体发育、花粉-雌蕊互作等关键过程的细胞学特征和分子机制仍是未解之谜，严重制约了杂交育种效率的提升。

帕多瓦大学等机构的研究人员通过多学科交叉方法，首次绘制了菊苣从大孢子发生到成熟胚囊的完整发育图谱。研究发现其胚囊发育符合典型的蓼型模式，但反足细胞呈现特殊退化时序。通过建立20分钟至96小时的时间序列观测，揭示了兼容性授粉中花粉管4小时抵达子房的运动规律，并发现自交不亲和反应表现为"半干型"柱头特有的胼胝质沉积特征。转录组分析进一步鉴定出LIP2、A36等花粉管引导基因的差异表达模式，以及GSL家族基因在自交排斥中的潜在作用。该研究为菊科植物生殖隔离机制提供了全新认知。

关键技术包括：1) 基于Habarugira分期系统的雌配子体发育CLSM观察；2) 苯胺蓝染色追踪花粉管生长动态；3) 'Red of Verona'等4个栽培型的人工授粉实验；4) 柱头组织的跨组学RNA-seq分析；5) 胚胎发生的连续时间点(5-96小时)显微观测。

雌配子体发育
研究将雌配子体发育划分为FG1-FG7七个阶段，发现大孢子母细胞(MMC)在S9期出现，经线性四分体形成功能大孢子(FM)。成熟胚囊呈典型七细胞结构，但反足细胞数量存在变异，中央细胞核面积(77.8μm²)显著大于其他细胞。

花粉管萌发
兼容授粉后20分钟启动萌发，1小时穿透柱头，4小时抵达子房。自交花粉虽能萌发但伴随柱头胼胝质沉积，这与菊科"半干型"柱头的进化特征相符。

转录组变化
WGCNA分析鉴定出与授粉响应相关的红色模块(富集角质合成基因)和青绿色模块(含ACC合成酶ACS1/6/8)。自交授粉显著上调GSL6/7/12等胼胝质合成酶表达，而兼容授粉激活LIP2、A36等引导受体。

胚胎发生
兼容授粉5小时后观察到双受精，核型胚乳经历游离核阶段，96小时形成子叶胚。自交授粉则引发胚囊程序性退化，中央细胞和卵细胞依次凋亡。

该研究首次建立了菊苣生殖发育的细胞分子图谱，阐明SSI反应中胼胝质沉积的调控网络，为解析菊科植物多样性进化提供了新视角。发现的LIP2、A36等花粉管引导基因可作为分子标记辅助育种，而GSL家族基因的时空表达模式为人工调控生殖隔离提供了潜在靶点。这些发现对提高菊科作物杂交效率具有重要应用价值。