蔗糖调控减数分裂胞质分裂缺陷挽救二倍体小孢子形成的机制研究

本研究针对离体培养拟南芥花药减数分裂异常导致二倍体小孢子形成的问题，通过活体成像和免疫定位技术发现CCM培养基中微管组织（MAP65-3/α-tubulin）和转录因子AMS表达受损，证实外源蔗糖可通过代谢产物果糖促进AMS表达，部分恢复单倍体小孢子形成，为植物生殖发育和倍性稳定性研究提供新见解。

　　

活体成像显微镜技术正日益应用于植物减数分裂研究，其关键在于建立健康的花序离体培养系统以确保捕获的染色体动态接近减数分裂的自然特征。本研究报道，在由半强度Murashige和 Skoog基础盐、MES、肌醇、蔗糖和琼脂组成的培养介质（CCM）中培养的拟南芥（Arabidopsis thaliana）花朵，由于减数分裂重组的发生而产生二倍体小孢子。细胞学研究表明，CCM花朵中的减数分裂细胞在减数分裂II后期出现相邻核分布和不完整的胞质分裂。通过α-微管蛋白（α-tubulin）和微管相关蛋白MAP65-3的免疫定位显示，中期II的纺锤体取向和四分体阶段的放射状微管阵列组织受到干扰，这解释了减数分裂重组小孢子的产生。此外，CCM花朵中调控绒毡层发育和减数分裂胞质分裂的关键转录因子Aborted Microspores（AMS）的表达逐渐受损。有趣的是，在培养基中增加蔗糖或其代谢产物果糖的供应可促进AMS表达，并部分挽救CCM花朵中单倍体小孢子的形成。综上所述，本研究揭示了蔗糖在促进植物减数分裂胞质分裂和配子体倍性稳定性中的作用。