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濒危物种疏花水柏枝残存种群有性繁殖的时空变化

孙晓宇, 陈芳清, 吕坤, 刘金荣, 黄永文, 刘杨赟

孙晓宇,陈芳清,吕坤,刘金荣,黄永文,刘杨赟. 濒危物种疏花水柏枝残存种群有性繁殖的时空变化[J]. 植物科学学报,2024,42(3):304−313. DOI: 10.11913/PSJ.2095-0837.23197
引用本文: 孙晓宇,陈芳清,吕坤,刘金荣,黄永文,刘杨赟. 濒危物种疏花水柏枝残存种群有性繁殖的时空变化[J]. 植物科学学报,2024,42(3):304−313. DOI: 10.11913/PSJ.2095-0837.23197
Sun XY,Chen FQ,Lü K,Liu JR,Huang YW,Liu YY. Temporal and spatial variation of sexual reproduction in a remnant population of the endangered species Myricaria laxiflora (Franch.) P. Y. Zhang et Y. J. Zhang[J]. Plant Science Journal,2024,42(3):304−313. DOI: 10.11913/PSJ.2095-0837.23197
Citation: Sun XY,Chen FQ,Lü K,Liu JR,Huang YW,Liu YY. Temporal and spatial variation of sexual reproduction in a remnant population of the endangered species Myricaria laxiflora (Franch.) P. Y. Zhang et Y. J. Zhang[J]. Plant Science Journal,2024,42(3):304−313. DOI: 10.11913/PSJ.2095-0837.23197
孙晓宇,陈芳清,吕坤,刘金荣,黄永文,刘杨赟. 濒危物种疏花水柏枝残存种群有性繁殖的时空变化[J]. 植物科学学报,2024,42(3):304−313. CSTR: 32231.14.PSJ.2095-0837.23197
引用本文: 孙晓宇,陈芳清,吕坤,刘金荣,黄永文,刘杨赟. 濒危物种疏花水柏枝残存种群有性繁殖的时空变化[J]. 植物科学学报,2024,42(3):304−313. CSTR: 32231.14.PSJ.2095-0837.23197
Sun XY,Chen FQ,Lü K,Liu JR,Huang YW,Liu YY. Temporal and spatial variation of sexual reproduction in a remnant population of the endangered species Myricaria laxiflora (Franch.) P. Y. Zhang et Y. J. Zhang[J]. Plant Science Journal,2024,42(3):304−313. CSTR: 32231.14.PSJ.2095-0837.23197
Citation: Sun XY,Chen FQ,Lü K,Liu JR,Huang YW,Liu YY. Temporal and spatial variation of sexual reproduction in a remnant population of the endangered species Myricaria laxiflora (Franch.) P. Y. Zhang et Y. J. Zhang[J]. Plant Science Journal,2024,42(3):304−313. CSTR: 32231.14.PSJ.2095-0837.23197

濒危物种疏花水柏枝残存种群有性繁殖的时空变化

基金项目: 国家自然科学基金项目(31770564)。
详细信息
    作者简介:

    孙晓宇(1994-),女,硕士研究生,研究方向为保护生物学(E-mail:15735644674@163.com

    通讯作者:

    陈芳清: E-mail:fqchen@ctgu.edu.cn

  • 中图分类号: Q948

Temporal and spatial variation of sexual reproduction in a remnant population of the endangered species Myricaria laxiflora (Franch.) P. Y. Zhang et Y. J. Zhang

  • 摘要:

    本文以分布于枝江关洲岛的濒危物种疏花水柏枝(Myricaria laxiflora (Franch.) P. Y. Zhang et Y. J. Zhang)为研究对象,调查其种群开花和结果性状沿高程的变化,分析该残存种群有性繁殖的时空变化规律;同时结合三峡大坝-葛洲坝水利水电工程修建所引起生境地水位消涨节律的变化,分析其对残存种群有性繁殖的影响。结果显示,残存疏花水柏枝种群的有性繁殖在不同高程之间存在显著差异。消涨带上部植株的每株花枝数、每枝花朵数、每株花朵数分别比消涨带中部植株高66.09%、50.14%和98.63%,比消涨带下部植株高79.50%、283.33%和461.05%。消涨带上部植株的每株果枝数、每枝结果数、每株结果数、每果种子数和种子发芽率分别比消涨带中部高60.17%、25.26%、88.05%、6.96%和30.69%,比消涨带下部高97.39%、82.45%、208.31%、19.12%和45.91%。相关性分析结果表明,植株的开花结果特性与高程、出露时期、土壤含水量以及温度变化极显著相关。环境因子对有性繁殖的影响强度依次为出露时间>高程>日均温度>土壤含水量。上游水利水电工程对疏花水柏枝残存种群的有性繁殖具有一定的影响。

    Abstract:

    Temporal and spatial variations of sexual reproduction in a remnant population of the endangered species Myricaria laxiflora (Franch.) P. Y. Zhang et Y. J. Zhang were investigated based on changes in flowering and fruiting traits with elevation on Guanzhou Island, Zhijiang, China. The impact of cascade water conservancy and hydropower construction projects on the sexual reproduction of remnant populations was analyzed based on the characteristics of water-level fluctuations in the habitat of M. laxiflora. Results showed significant differences in the sexual reproduction of the remnant population at different elevations. Flower branch number per plant, flower number per branch, and flower number per plant of plants at the upper part of the fluctuation zone were 66.09%, 50.14%, and 98.63% higher than those at the middle part, and 79.50%, 283.33%, and 461.05% higher than those at the lower part, respectively. Fruit branch number per plant, fruit number per branch, fruit number per plant, seed number per fruit, and seed germination percentage of plants at the upper part of the fluctuation zone were 60.17%, 25.26%, 88.05%, 6.96%, and 30.69% higher than those at the middle part, and 97.39%, 82.45%, 208.31%, 19.12%, and 45.91% higher than those at the lower part. Correlation analysis showed significant correlations between the flowering and fruiting characteristics and elevation, plant exposure period, soil water content, and temperature. The influence of environmental factors on sexual reproduction was in the order of exposure time, elevation, daily average temperature, and soil moisture content.

  • 正常的雌雄配子育性是植物保证后代繁殖的关键因素。对于农作物而言,雌雄配子育性还决定了作物的结实率和产量[1]。雄性不育既是植物最重要的质量性状之一,也是研究水稻(Oryza sativa L.)、小麦(Triticum aestivum L.)、玉米(Zea mays L.)等重要农作物杂种优势利用的基础。目前在水稻、玉米、小麦等作物中利用“三系杂交”的育种方法将雄性不育应用于育种中,极大提高了作物的产量[1-3]。植物雄性育性调控机制已成为近年来杂种优势利用的热门研究方向。

    花药和花粉的正常发育是植物雄性繁殖成功的先决条件。从雄蕊原基的形成到花粉粒成熟,直至花药开裂散粉,花药发育受到一系列精细化生物学过程的调控[4]。雄蕊原基细胞经过数轮细胞地分裂和分化,由外至内形成由表皮层、内皮层、中间层和绒毡层4层体细胞包围着花粉母细胞的花药结构。花粉母细胞位于花药室中间,经过减数分裂形成小孢子。小孢子又经过两次不均等的有丝分裂形成成熟的花粉[5]

    花药和花粉表面分别被花药角质层和花粉壁覆盖,对环境和生物胁迫具有保护作用。花药角质层主要由角质和蜡质组成,角质作为角质层的结构骨架,主要由脂肪酸及其衍生物组成。蜡质围绕在角质的表面,主要由C16 ~ C34脂肪酸及其衍生物组成,包括酯、醛、醇、酮和烷烃[6, 7]。覆盖在成熟花粉粒表面的花粉壁可保护花粉粒不受外界生物或者非生物胁迫损伤,而且能帮助花粉与柱头识别,促进花粉传播[8]。成熟花粉粒的花粉壁由花粉外壁(Exine)、花粉内壁(Intine)和含油层(Tryphine)3层结构组成。花粉壁是一种成分非常复杂的胞外细胞壁基质。目前的研究表明,花粉外壁外层的主要成分是孢粉素,由饱和长链脂肪酸前体或饱和长脂肪链前体经过复杂的生物聚合组成[8, 9]。花粉内壁的成分与普通的细胞壁类似,主要由纤维素、半纤维素和果胶聚合物组成[10]。花粉包被(Pollen coat)或含油层,主要由复杂的脂质、蜡酯、类黄酮、羟肉桂酰基亚精胺代谢产物和蛋白质组成[10]

    角质、蜡质和孢粉素分别是形成花药角质层和花粉外壁的主要成分。研究表明,它们的脂质前体在花药绒毡层细胞中合成,然后被分别转运到花药表面和小孢子表面沉积。前期科学家们通过正向遗传学的手段,分析花药角质层和花粉壁发育缺陷的突变体,鉴定得到一系列蛋白,包括脂质合成酶基因、脂质转运蛋白、转录因子和ABCG转运蛋白等[8, 10, 11]。随着研究的不断深入,大量ABCG转运蛋白被报道参与植物雄性育性调控,本文将系统阐述ABCG转运蛋白参与植物雄性育性调控的功能与机制。

    ABC转运蛋白又名ATP(Adenosine triphosphate)结合盒式转运蛋白,属于最大的转运蛋白家族。它们广泛存在于微生物到高等植物甚至人类中[12]。ABC转运蛋白属于多结构域的跨膜蛋白,它通过利用自身ATP结合结构域,在Mg2 + 参与下水解ATP获得能量来转运分子,如异生素、激素、糖、氨基酸和离子等[13, 14]

    ABC转运蛋白由4个核心结构域组成:两个核苷酸结合结构域(Nucleotide-binding domain,NBD)和两个跨膜结构域(Transmembrane domain,TMD)(图1 :A、B)。根据NBD和TMD的组成可将ABC转运蛋白分为两类,一类是WBC (White/brown complex,WBC)型,其结构包含一个NBD和一个TMD,称为半分子(Half-size)转运蛋白,该类蛋白需要与自身或另外一个半分子转运蛋白结合,形成同源或异源二聚体蛋白发挥转运功能;另一类是PDR(Pleiotropic drug resistance,PDR)型,其结构包含两个NBD和两个TMD,称为全分子(Full-size)转运蛋白,可以单独发挥转运功能[12, 15]。值得一提的是,与其他真核生物ABC转运蛋白不同,植物半分子转运蛋白除了可形成同源二聚体外,还可以与另外的半分子转运蛋白形成异源二聚体[16]

    图  1  ABC转运蛋白结构
    A:前向转运体结构,B:反向转运体结构。
    Figure  1.  Structure of ABC transporter protein
    A: Forward transporter structure, B: Reverse transporter structure.

    ABC转运蛋白的NBD和TMD结构域的排布可以是正向(TMD在前,NBD在后,图1:A),也可以是反向(TMD在后,NBD在前,图1:B)。在高等植物中,根据ABC转运蛋白遗传进化特征可分为8个亚族,分别是ABCA(ATP-binding cassette A transporter)至ABCI(ATP-binding cassette Ⅰ transporter),其中ABCH(ATP-binding cassette H transporter)转运蛋白在植物中不存在[17]。ABCA至ABCD(ATP-binding cassette D transporter)亚族蛋白由于TMD位于NBD之前,属于前向转运体[18]。ABCG亚族由于NBD位于TMD之前,属于反向转运体[18, 19]

    植物8个ABC转运蛋白亚族中,ABCG转运蛋白属于最大的一个亚族。在水稻、玉米和拟南芥(Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.)中分别含有50、54和43个成员,其蛋白功能复杂多样[20]。其中拟南芥ABCG蛋白亚族包含28个半分子转运蛋白和15个全分子转运蛋白[17, 21]。随着研究的不断深入,ABCG转运蛋白被报道在植物生殖器官发育、激素运输、角质层形成、次生代谢产物分泌和生物或非生物胁迫响应等方面发挥重要作用[15, 22]。其中,ABCG转运蛋白主要是通过调控植物花粉壁的发育和花药角质层的形成来参与植物雄性育性发育过程[23]

    近年来ABCG转运蛋白被多次研究报道参与转运由绒毡层产生的脂类、酚类、其他孢粉素前体物质以及含油层物质用于花粉壁形成[24]。早期研究发现,拟南芥AtABCG26基因与花粉外壁形成过程中多聚酮化合物的运输相关,该基因功能丧失后会导致植物育性显著降低[25-28]。水稻OsABCG15,又称为PDA1Post-meitotic deficient anther 1),是AtABCG26的同源基因。pda1突变体由于乌氏体及花粉外壁缺失而导致小孢子败育[29, 30]。最近在玉米中首次报道ZmMS2Zea mays male sterile2)参与调控花药发育,ZmMS2OsABCG15AtABCG26的同源基因,该基因突变后导致小孢子外壁发育不正常[31]。值得一提的是,水稻ABCG15基因突变后,突变体除了不能形成有功能的花粉外壁,其花药角质层发育也存在缺陷。但是拟南芥abcg26突变体的花药角质层发育正常。由此可推测水稻ABCG15可能与多个ABCG半分子转运蛋白相互作用,以运输不同的底物用于花粉外壁和花药角质层的形成。另外,Xu等[32]研究发现,拟南芥中一个bHLH转录因子AMS可以直接结合ABCG26基因启动子上的E-boxes,直接调控ABCG26基因的表达,从而影响花粉外壁的发育。但是目前尚未有研究报道水稻OsABCG15和玉米ZmMS2是否受到转录因子的调控。

    早期研究报道拟南芥ABCG1ABCG16基因参与木栓质和花粉壁细胞外屏障形成。abcg1 abcg16双突变体育性下降,花粉粒干瘪[33, 34]。水稻OsABCG3/LSP1Less and shrunken pollen 1)是拟南芥ABCG1ABCG16的同源基因,近期研究发现OsABCG3/LSP1可以转运绒毡层和花粉壁合成的前体物质用于植物生殖发育,该基因功能缺失后会引起花药绒毡层异常降解、花粉外壁内层及花粉内壁层缺失,最终导致植株完全雄性不育[35, 36]。以上研究成果提示,ABCG转运蛋白在不同物种中参与转运花粉壁发育前体物质的功能具有保守性。

    此外,ABCG转运蛋白可同时转运多种底物用于植物生长和生殖发育。最新的研究发现,ABCG1和ABCG16除参与转运木栓质和孢粉素前体物质用于花粉发育外,还可影响拟南芥生殖器官中生长素的信号传导。abcg1abcg16双突变体雌蕊中花粉管生长受阻与生长素分布和生长素流动减少有关,此表型可以通过在雌蕊中添加外源生长素得到部分恢复[37]。值得一提的是,目前绝大部分参与植物雄性生殖器官发育的ABCG转运蛋白均属于半分子转运蛋白,关于ABCG全分子转运蛋白参与花药发育的研究报道极少。Choi等[38]研究发现,拟南芥ABCG半分子转运蛋白AtABCG9和ABCG全分子转运蛋白AtABCG31协同参与花粉壁合成。AtABCG9AtABCG31在绒毡层中高表达,主要通过将特定甾醇糖苷转运到花粉表面用于花粉含油层的沉积,abcg9abcg31双突变体的花粉活力严重下降。

    花药角质层可保护雄配子体免受外界环境影响[39]。角质作为角质层的结构骨架,主要由脂肪酸及其衍生物组成。蜡质主要围绕在角质基质的表面,由C16~C34脂肪酸及其衍生物组成,包括酯、醛、醇、酮和烷烃[6, 7]

    近年来,ABCG转运蛋白被报道参与转运植物角质和蜡质前体从而调控植物发育。Pighin等[40]的研究表明,拟南芥ABCG12/CER5(ECERIFERUM 5)主要从表皮细胞内转运蜡质前体至细胞表面。AtABCG12/CER5基因突变后,突变体茎秆表皮蜡质含量显著降低[40]。拟南芥ABCG11/DSO主要参与转运长链脂肪酸和超长链脂肪酸,该基因突变后,突变体不仅茎秆表面蜡质和角质含量显著性下降,而且突变体花器官脂质沉积和根软木质沉积均下降,突变体植株育性严重受到影响[41, 42]。进一步研究发现,ABCG11自身能形成同源二聚体,也能与ABCG12形成异源二聚体,但是ABCG12不能形成同源二聚体[16]

    与孢粉素前体或脂类物质从绒毡层细胞运输到花药室参与花粉壁的形成相比,绒毡层细胞产生的孢粉素前体或脂类物质如何被运输到花药表面用于花药角质层形成的研究报道较少。水稻ABCG半分子转运蛋白OsABCG26定位于花药表皮、内皮层和Stage 9期的绒毡层中,可将脂质分子从绒毡层转运到花药壁,供角质层发育需要。在osabcg26突变体中可以观察到大量电子致密的脂质颗粒包裹体沿着绒毡层细胞室壁连接至中间层,该现象提示OsABCG26可能主要负责将脂质物质从绒毡层转运到花药壁表面供角质层形成。OsABCG26突变后会导致转运受阻,从而影响角质层形成,导致花粉败育[23, 43]。与OsABCG26蛋白不同,OsABCG15蛋白只定位于绒毡层内侧,并以极性方式面对花药室,因此被认为主要参与花粉外壁形成过程中脂质前体的分配[23]。由于osabcg26osabcg15双突变体的表型能减轻osabcg15单突变体表型,因此推测水稻OsABCG26和OsABCG15是协同调控雄性生殖发育的[23]

    ABCG转运蛋白作为植物大蛋白家族,通过介导脂质代谢,特别是脂质和酚类物质前体在花药层细胞两侧转运以形成花粉发育最重要的两个保护屏障——花粉壁和花药角质层。目前ABCG半分子转运蛋白参与花药发育的研究大部分只停留在表型上的观察,具体的分子机制尚未明确。Zhu等[44]首次研究报道蒺藜苜蓿(Medicago truncatula Gaertn.)ABCG转运蛋白SGE1(Stigma exsertion1)可通过影响花器官中蜡质和角质等长链脂肪酸的运输导致雌雄蕊隔离,形成柱头外露型雄性不育材料。SGE1蛋白可与另一个半分子转运蛋白MtABCG13相互作用,形成一个有功能的异源二聚体。对ABCG蛋白的功能进行深入研究,将有助于阐明其在植物雄性生殖器官发育中的分子机制。

    近期,Fang等[45]首次报道玉米一个雄性不育新基因ZmMS13在花药和花粉发育的前期(Stage 5)、中期(Stage 8b)和后期(Stage 10)具有3个表达峰,分别受转录因子ZmbHLH122、ZmMYB84和ZmMYB33-1/-2调控,从而分别影响胼胝质降解、绒毡层程序性死亡和花粉外壁以及花药角质层的形成。该研究首次发现ABCG基因多峰值表达受不同转录因子调控,并阐明其具体的分子机理,拓展了植物ABCG转运蛋白的生物学功能。

    表1汇总了目前在玉米、拟南芥和水稻中报道的ABCG转运蛋白参与植物雄性育性调控的研究进展。

    表  1  参与植物雄性育性调控的ABCG转运蛋白
    Table  1.  ABCG transporters involved in regulation of plant male fertility
    物种
    Species
    基因名称
    Gene name
    转运蛋白类型
    Transport protein type
    具体功能
    Functions
    文献
    References
    拟南芥
    Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.
    ABCG26/
    WBC27
    半分子 参与花粉外壁形成过程中多聚酮化合物的运输,该基因突变后,花粉外壁发育异常,植株育性显著下降 [25-28]
    水稻Oryza sativa L. ABCG15/
    PDA1
    半分子 参与花药角质层、乌氏体及花粉外壁发育 [29, 30]
    玉米Zea mays L. MS2 半分子 参与花粉外壁发育,GC-MS分析结果显示ms2突变体花药角质和蜡质单体显著下降 [31]
    拟南芥
    ABCG1 半分子 参与木栓质和花粉壁细胞外屏障形成,还可影响拟南芥生殖器官中生长素的信号传导 [33, 34, 37]
    拟南芥
    ABCG16 半分子 参与木栓质和花粉壁细胞外屏障形成,还可影响拟南芥生殖器官中生长素的信号传导 [33, 34, 37]
    水稻
    OsABCG3/
    LSP1
    半分子 参与转运绒毡层和花粉壁合成的前体物质用于植物生殖发育,该基因功能缺失后会引起花药绒毡层异常降解、花粉外壁内层及花粉内壁层缺失 [35, 36]
    拟南芥
    ABCG9 半分子 与ABCG31协同将特定甾醇糖苷转运到花粉表面用于花粉含油层的沉积 [38]
    拟南芥
    ABCG31 全分子 与ABCG9协同将特定甾醇糖苷转运到花粉表面用于花粉含油层的沉积 [38]
    拟南芥
    ABCG12/
    CER5
    半分子 参与从表皮细胞内转运蜡质前体至细胞表面 [40]
    拟南芥
    ABCG11/
    DSO
    半分子 转运长链脂肪酸和超长链脂肪酸 [41, 42]
    水稻
    ABCG26 半分子 主要负责将脂质物质从绒毡层转运到花药壁表面供角质层形成。该基因突变后,突变体花粉外壁及花药角质层发育存在缺陷,还可以影响花粉管伸长 [23, 43]
    蒺藜苜蓿
    Medicago truncatula Gaertn.
    SGE1 半分子 影响蒺藜苜蓿花器官中蜡质和角质等长链脂肪酸的运输 [44]
    玉米
    ZmMS13 半分子 影响胼胝质降解、绒毡层程序性死亡和花粉外壁以及花药角质层的形成 [45]
    拟南芥
    ABCG28 半分子 将多胺和活性氧定位于正在生长的花粉管尖端 [46]
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    最新的研究发现,拟南芥AtABCG28在成熟花粉和生长的花粉管中特异表达,该蛋白定位于分泌囊泡膜上。当AtABCG28基因突变后,花粉管生长缺陷,无法将多胺和活性氧定位于正在生长的花粉管尖端,植株表现为完全雄性不育[46]图2总结和归纳了目前研究中主要的ABCG转运蛋白参与植物雄性育性调控的具体功能。

    图  2  ABCG转运蛋白参与植物雄性育性调控的具体功能
    Figure  2.  Specific functions of ABCG transporters involved in male fertility regulation in plants

    ABCG作为ABC转运蛋白最大的一个亚族,参与植物发育中各种生理过程。本文首先概述了植物花药角质层和花粉壁的主要成分,其次总结了ABC转运蛋白的结构特点,最后重点阐述ABCG转运蛋白参与调控植物花药和花粉发育的具体功能。随着研究不断深入,ABCG转运蛋白参与植物雄性育性调控的功能不再局限于调控花药角质层和花粉外壁的发育。

    虽然ABCG转运蛋白的研究报道较多,但是其具体转运的底物尚未研究清楚。目前对于ABCG转运蛋白功能的研究主要采用反向遗传学的方法,通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析ABCG突变体和野生型的特定部位组织的代谢产物差异,对ABCG转运蛋白的底物或者底物类别做出合理的猜测。目前在拟南芥、水稻、玉米等植物中大部分的ABCG转运蛋白底物均是该方法预测的[23, 38, 45]。此外,根据ABCG转运蛋白的特点,目前最直接有效的ABCG转运底物鉴定方法是通过一个转运实验以严格的ATP依赖的方式证明其跨膜转运活性。该转运实验的先决条件是将ABCG转运蛋白在适当的系统中进行过表达,如烟草(Nicotiana tabacum L.)原生质体系统或者酵母菌株(YMM12和BY-2)细胞系[20]。目前拟南芥ABCG转运蛋白的底物可通过体内同位素标记实验进行检测。例如,通过烟草原生质体系统构建的转运实验鉴定拟南芥ABCG11和ABCG32可以转运10,16-二羟基、C16∶0-2甘油和W-OH C16∶0等角质前体用于植物角质层形成[22]。但是用同位素标记进行实验鉴定ABCG转运蛋白的底物非常耗时,且许多同位素化合物尚未商业化,因此阻碍了该技术的利用。除此之外,基于使用双光子显微镜的研究结果表明,聚酮化合物是拟南芥ABCG26的底物。当AtABCG26基因突变后,突变体在绒毡层细胞中积累了大的荧光液泡,小孢子中的荧光丧失。当AtABCG26基因和编码孢粉素聚酮化合物生物合成代谢基因构建双突变体(atabcg26 acos5acyl coenzyme A synthetase5、atabcg26 tkpr1)以及三突变体(atabcg26 pksapolyketide synthase apksb),这些双突变体和三突变体花药绒毡层细胞并未观察到荧光液泡内含物[28]。因此,可以推测AtABCG26将聚酮化合物从绒毡层细胞转运到花粉壁形成孢粉素骨架。

    目前ABCG家族蛋白参与植物花药发育的报道集中于对ABCG半分子转运蛋白的研究。ABCG半分子转运蛋白需要通过同源或者异源二聚体的方式形成一个有功能的ABCG转运蛋白。通过寻找与其他ABCG共表达的基因,或者通过酵母筛库,或者质谱等方式鉴定ABCG转运蛋白的潜在伴侣,并研究其分子生物学功能,可拓宽ABCG转运蛋白参与植物雄性育性调控的具体分子机制。由于ABCG转运蛋白在不同植物中具有保守性,因此其同源基因在其他作物中可能也发挥类似的作用,通过反向遗传学的方法,例如利用基因编辑,可加深我们对ABCG转运蛋白在多种植物中的功能机制的了解。而所获得的雄性不育等优良性状的突变系在杂交作物育种和种子生产中具有广泛的应用前景。

  • 图  1   研究区的地理位置与样带分布

    主图为样地高程图,来自于2022年3月27日的无人机遥感影像(其数据为相对于水平面DEM加上水位线高度,DEM数据源自无人机,当天水位线高度源自宜昌市水利和湖泊局官方网站的枝城河道站的监测数据);右上角为生境地鸟瞰图,截取自谷歌地图;右下角为湖北省行政区划图,源自地理空间数据云网站。

    Figure  1.   Location of study site and distribution of transects

    Main elevation data: UAV remote sensing image data from 27 March 2022 (relative to horizontal plane DEM plus height of water mark on the day. DEM data were obtained from a drone, and height of water level on the day was obtained from the Zhicheng River Station monitoring data from the Yichang Water Conservancy and Lake Bureau website). Picture on upper right was taken from Google Maps, and administrative division map of Hubei Province and vector map of the Yangtze River on the lower right were downloaded from the geospatial data cloud website.

    图  2   不同消涨梯度与高程盛花期和盛果期的气温和土壤含水量

    Figure  2.   Soil water content and temperature at different fluctuation gradients and elevations during peak flowering and full fruiting periods

    图  3   不同消涨梯度与高程疏花水柏枝植株盛花期的开花性状

    不同小写字母表示差异极显著(P<0.01)。下同。

    Figure  3.   Flowering traits of Myricaria laxiflora at different fluctuation gradients and elevations during peak flowering period

    Different lower letters indicate significant difference (P<0.01). Same below.

    图  4   不同消涨梯度与高程疏花水柏枝植株的结果性状

    Figure  4.   Fruiting traits of Myricaria laxiflora plants at different fluctuation gradients and elevations

    图  5   疏花水柏枝残存种群开花结果与环境因子的RDA 排序

    FLP:每株开花数;FNP:每株结果数;FNF:每果种子数;SGP:种子萌发率;E:高程;SW:土壤含水量;ET:出露时间;ADT:日均温度。

    Figure  5.   RDA ordination of flowering and fruiting traits of the Myricaria laxiflora remnant population and environmental factors

    FLP: Flower number per plant; FNP: Fruit number per plant; FNF: Seed number per fruit; SGP: Seed germination percentage; E: Elevation; SW: Soil water content; ET: Exposure time; ADT: Average daily temperature.

    表  1   不同消涨梯度与高程疏花水柏枝植株出露与开花结果时间

    Table  1   Exposure, flowering, and fruiting time of Myricaria laxiflora plants at different fluctuation gradients and elevations

    消涨梯度
    Fluctuation gradient
    高程
    Elevation / m
    出露日期
    Exposure date
    盛花期
    Peak flowering time
    盛果期
    Full fruiting time
    上部
    43.20~43.40 2021-09-10 2021-10-24 2021-11-04
    中部
    42.40~43.00 2021-09-25 2021-11-03 2021-11-12
    下部
    41.80~42.20 2021-10-15 2021-11-17 2021-11-28
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    表  2   疏花水柏枝植株开花结果性状与环境因子的Pearson相关性分析

    Table  2   Pearson correlation analysis between flowering and fruiting traits of Myricaria laxiflora and environmental factors

    性状
    Traits
    每株开花数
    Flower number per plant
    每株结果数
    Fruit number per plant
    每果种子数
    Seed number per fruit
    种子发芽率
    Seed germination percentage
    高程
    Elevation
    土壤含水量
    Soil water content
    出露时间
    Exposure time
    日均温度
    Average daily temperature
    每株开花数 1
    每株结果数 0.564** 1
    每果种子数 0.626** 0.535** 1
    种子发芽率 0.463** 0.497** 0.547** 1
    高程 0.637** 0.540** 0.962** 0.598** 1
    土壤含水量 0.607** 0.500** 0.970** 0.551** 0.675** 1
    出露时间 0.637** 0.547** 0.910** 0.613** 0.656** 0.981** 1
    日均温度 0.358** 0.546** 0.939** 0.609** 0.797** 0.699** 0.656** 1
    注:** 表示在0.01 水平(双侧)上显著相关。
    Note: ** indicates significant correlation at 0.01 level (bilateral).
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    表  3   环境因子对疏花水柏枝残存种群开花结果影响的冗余分析

    Table  3   RDA of effects of environmental factors on flowering and fruiting traits of the Myricaria laxiflora remnant population

    因子
    Factor
    解释率
    Explanation
    贡献率
    Contribution
    F
    Pseudo-F
    P
    P-value
    出露时间44.5%58.3%85.10.002
    高程27.1%35.5%100.00.002
    日均温度3.7%4.9%15.80.002
    土壤含水量1.0%1.4%4.50.008
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-07-05
  • 录用日期:  2023-09-02
  • 网络出版日期:  2023-09-21
  • 刊出日期:  2024-06-29

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