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在开花植物的有性生殖过程中，雄配子（精细胞）的产生是一个高度协调的细胞发育和分化的过程。作为遗传物质的携带者和受精的直接参与者，精细胞具有独特的分化特征。其中染色质的凝集、细胞周期、基因组完整性的保护受到精细调控。拟南芥突变体的研究发现了一些在精细胞生成中起重要作用的基因，其缺失突变体精细胞不能正常形成，导致受精失败。这些基因的发现让我们对精细胞发育的调控机制有一定的认识。组学研究能从整体的水平分析细胞分化过程中基因的表达及其变化规律，有助于揭示生物体发育中细胞的功能分化的调控机制及调控机制间的协调关系。转录组学研究已发现花粉具有区别于营养组织的基因表达谱，而精细胞的基因表达特征又与成熟花粉有显著差异。但是由于缺少生殖细胞和精细胞基因表达谱的比较研究，对精细胞的分化的调控机制仍不清楚。蛋白质作为生物学功能的执行者，差异蛋白质组学的研究有助于解析精细胞分化中所发生的生物学过程的变化。然而由于蛋白组学研究需要相对多的材料，生殖细胞和精细胞的沉浸于花粉中不易大量分离，目前对生殖细胞和精细胞的蛋白质组特征尚缺乏认识。 百合花粉在成熟和散粉期处于二细胞阶段，其生殖细胞的PM(Ⅱ)发生在花粉管生长过程中。这种特性为在离体条件下分离生殖细胞和精细胞成为可能。本研究以兰州百合花粉为材料，建立了在离体条件下大量分离纯化生殖细胞和精细胞的技术，获得了适于利用蛋白质组学技术比较分析生殖细胞和精细胞蛋白质组差异的材料。采用基于凝胶的2D-DIGE蛋白差异分析系统和MALDI-TOF/TOF蛋白质鉴定技术，系统比较了生殖细胞和精细胞蛋白质组差异。在统计分析的基础上，鉴定了102个表达水平差异大于1.2倍的蛋白。差异蛋白功能注释及分类统计显示，代谢、细胞周期调控、泛素化途径、表观调控类蛋白占最多比例。而且，细胞周期调控和泛素化途径类蛋白绝大多数在精细胞中上调表达，而表观调控和脱水诱导蛋白多在精细胞中下调表达，说明这些蛋白在生殖细胞和精细胞的分化中起重要作用。对差异蛋白的互作网络分析，进一步明确了参与精细胞分化的生物学通路。发现SCF复合体和DDI1参与的DNA损伤检查通路和CDC48-NPL4参与的DNA复制途径在精细胞上调，而SNF1参与的糖信号通路在精细胞下调。以上说明在精细胞的发育中DNA的修复和细胞周期的调控机制加强，其中泛素化蛋白降解途径参与其中。而生殖细胞发育中表观调控和脱水保护功能加强。这些发现与精细胞作为遗传物质携带者的生物学功能及散粉后生殖细胞所处的失水环境密切相关。精细胞的细胞周期的调控是其正常发育的一个重要因素，为此，本研究利用流式细胞仪分析了精细胞的细胞周期所处的状态，发现精细胞为二倍体，说明其处于G2期。花粉可能通过CDC48-NPL4途径上调参与的精细胞DNA的复制。而SNF1参与的糖信号通路作为G2期能量检查点，其下调使精细胞完成复制而不进行分裂。此研究首次对植物生殖细胞和精细胞进行了差异蛋白质组分析，发现了精细胞分化的一些重要的分子调控机制，也为理解植物生殖发育的调控机制和生物中基因组的保护及细胞周期的阻滞机制提供了重要的参考。