论文部分内容阅读
线粒体是以非孟德尔方式遗传的细胞器，在动植物中通常表现为母系遗传。目前，人们普遍接受并利用这种遗传现象，但对其分子调控机理知之甚少。小鼠实验表明，人为地向卵细胞中注射精细胞来源的线粒体以增加合子中父系线粒体DNA的丰度，可以导致子代个体中父系线粒体DNA遗传频率的显著升高。可见，性细胞中线粒体基因组的数量调控可能是影响非孟德尔遗传的重要因素。
在被子植物中，雄性性细胞携带的父系线粒体DNA在花粉成熟过程中普遍呈现显著的降解现象。该现象被认为有助于单亲母系遗传。然而，父系线粒体DNA的降解在母系遗传中的确切作用不详。本研究选用了线粒体母系遗传植物金鱼草（Antirrhinummalus L.）、烟草（Nicotiana tabacum L.）和拟南芥（Arabidopsis thaliana L.）以及线粒体两系遗传植物天竺葵（Pelargoniumzonale Ait.）和线粒体父系遗传植物甜瓜（Cucumismelo L.）为实验材料，对它们性细胞携带线粒体DNA的数量进行了精确的检测，获得了如下主要结果：
1.利用DiOC7/DAPI双染色及免疫电镜的方法验证了金鱼草生殖细胞携带的线粒体DNA在花粉成熟过程中呈现显著的降解现象。同时，针对花粉总DNA的Southern杂交结果显示花粉总体线粒体DNA下调至少90％；
2.针对被子植物雌雄性细胞难以大量获得的特点，优化了竞争型嵌套式PCR（Competitive and Nested PCR）检测少数细胞中线粒体DNA含量的实验条件；
3.分离了金鱼草、烟草、拟南芥、天竺葵和甜瓜的成熟雄性性细胞，并对其携带的线粒体DNA数量进行了检测。结果显示，线粒体母系遗传植物金鱼草、烟草和拟南芥每个雄性性细胞平均携带0.1（生殖细胞）、1.2（精细胞）和0.28（精细胞）个拷贝的线粒体DNA；线粒体两系（父系）遗传植物天竺葵和甜瓜每个雄性性细胞平均携带385（精细胞）和2225（生殖细胞）个拷贝的线粒体DNA；
4.分离了金鱼草、烟草、拟南芥和天竺葵的成熟卵细胞，并对其携带的线粒体DNA数量进行了检测。结果显示，线粒体母系遗传植物金鱼草、烟草和拟南芥每个卵细胞平均携带90、137和84个拷贝的线粒体DNA；线粒体两系遗传植物天竺葵每个卵细胞平均携带2303个拷贝的线粒体DNA。
本研究验证了父系线粒体DNA数量下调或上调现象与被子植物线粒体遗传方式的一致性。同时，研究结果揭示母系遗传植物受精时合子接受父母系线粒体DNA的量比接近于动物线粒体母系遗传中的低频父系传递率（小鼠：10-3-10-4），说明雄性性细胞中线粒体DNA的降解是被子植物线粒体母系遗传的关键环节。这些结果对于被子植物非孟德尔遗传的分子调控机理的研究具有重要的导向意义。