花药发育、花粉的形成和释放是植物发育的一个关键阶段,涉及到基因组一半以上基因表达。花粉发育过程中,通过高频率突变导致的雄性不育,可说明基因介入的程度。近年来对模式植物拟南芥雄性不育突变体的研究,加强了对花粉和花药发育的基本理解,但是对花粉形成的许多方面还不清楚,比如花粉形成中许多缺陷导致的育性降低甚至完全不育。本研究通过运用多样的生理和先进的基因表达技术、生物功能检测技术和生物信息学技术,解析拟南芥花药和花粉粒发育过程中基因的表达、调控和功能。结果如下：ECHIDNA通过介导反面高尔基网(TGN)的分泌运输进而影响花药和花粉发育。反面高尔基网在细胞分泌过程中扮演着重要角色,它影响前往质膜的分类合成物的运输。以前的研究发现,由于细胞膨大受损,拟南芥echidna (ech)突变体表现出矮化的表现型。但是,突变体也表现出非典型的雄性育性降低。这种半不育性是因为花药和花粉发育受到影响,具体表现在花药的大小减小,花粉数量减少,花粉活力降低,花药开裂遭到破坏,以及花粉管的增长减少。ECH蛋白与YELLOW FLUORESCENT PROTEIN (YFP)蛋白的融合表达准确地揭示了其在花药发育早期的绒毡层、小孢子释放阶段,随后的花粉、花粉管和花柱组织中的表达调控。ech突变体的花粉活力、花粉形成,萌发和花粉管的增长都遭到一定程度的破坏,突变体花药药室内壁加厚减少和细胞排列不规则性导致了花药不能完全开裂。此外开花期通过喷施外源的赤霉素(100uM),茉莉酮酸(500uM)和吲哚乙酸(10uM),并不能挽救ech的育性,表明ech突变体育性的降低不是因为内源激素水平的改变引起。将ECHPro:ECH-YFP转入myb26突变体中,证实ECH影响药室内壁的次生壁加厚,但并不直接与调控次生壁加厚的MYB26相关,表明突变体缺陷不是由于次生加厚调控基因所致,而是由于ECH蛋白的缺失导致反面高尔基网改变了花药壁物质的分泌所致。同时本研究也证实了涉及花粉壁形成,花粉发育和花药开裂的许多基因发生了改变。这些虽然不是ECHIDNA蛋白作用模式中重要的新信息,但是,它为ech突变体对育性影响的原因提供了新的信息,结果更好地理解了花药和花粉发育中反面高尔基网的运输作用。ECH表达对于雄性繁殖的许多方面都很重要,包括功能性花粉粒的产生,花粉的有效释放,花粉的萌发和花粉管的形成。TGN通过介导激素和细胞壁物质运输来影响花粉发育的这些基本过程。总之,育性缺陷是多方面的,TGN运输在花粉形成和后续的受精过程中发挥重要作用。