張冬野，高 萌，李勝男

（黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080）

胚胎發(fā)育是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中極為重要的步驟，但并非所有植物有性生殖過程均正常且順利，并隨之形成具有繁殖能力的后代。植物有性生殖過程繁雜、精細(xì)，受外界環(huán)境、花粉、胚囊、傳粉媒介、授粉時(shí)機(jī)及授粉后發(fā)育環(huán)境等多種內(nèi)外條件影響，無論哪一個(gè)步驟出現(xiàn)問題，均可能影響種子正常形成。因此，在植物有性生殖過程中，未能正常發(fā)育為成熟飽滿種子的現(xiàn)象被稱為種胚敗育。種胚敗育包括隨機(jī)敗育（Random abortion）和選擇性敗育（Selective abortion）[1]。在生長(zhǎng)發(fā)育過程中，一些植物果實(shí)或種子敗育發(fā)生不固定，不受果實(shí)或種子所在位置、果實(shí)種子數(shù)目等因素影響，這種敗育現(xiàn)象屬于隨機(jī)敗育；而一些植物在生長(zhǎng)發(fā)育過程中，受自身生物學(xué)特性或外界環(huán)境因素影響，一部分發(fā)育中的幼果或種子有選擇性出現(xiàn)敗育現(xiàn)象，即為選擇性敗育，選擇性敗育在被子植物中發(fā)生尤為普遍，特別是在豆科、十字花科中最為常見[2]，被認(rèn)為是植物的一種進(jìn)化機(jī)制。

許多植物存在胚敗育現(xiàn)象（見圖1）[3]，尤其是一些農(nóng)作物種胚敗育問題造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，糧食作物如水稻、小麥、玉米、谷子等；油料作物如大豆、花生、油菜等；果樹如荔枝、葡萄等。胚敗育問題一方面常因胚敗育導(dǎo)致座果率降低造成減產(chǎn)，且嚴(yán)重制約雜交育種；另一方面，敗育可形成無籽或無核果實(shí)，是一個(gè)優(yōu)良的果實(shí)性狀，如無籽葡萄、無籽西瓜、無核棗等，食用方便，深受消費(fèi)者喜愛。因此，植物種胚敗育機(jī)理研究一直是的研究熱點(diǎn)，目前已在許多作物上展開深入研究。植物種胚發(fā)育是一個(gè)極為復(fù)雜的生物學(xué)過程，敗育發(fā)生可能受生理生化、胚胎學(xué)、外界環(huán)境及分子調(diào)控等多方面因素影響。本研究歸納植物種胚敗育胚胎學(xué)、生理生化及分子機(jī)理研究等方面進(jìn)展情況，為進(jìn)一步開展植物種胚敗育機(jī)理研究、植物品種種質(zhì)資源創(chuàng)新及無籽或無核果實(shí)性狀育種應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

圖1 甘藍(lán)型油菜胚珠敗育觀察[3]Fig.1 Observation on ovule abortion of Brassica napus

1 胚胎學(xué)機(jī)制

種胚敗育胚胎學(xué)機(jī)制具體包括雄性不育、雌性不育、授粉受精不良及胚中途敗育等。

1.1 雄性不育

雄性不育是指雄性器官在發(fā)育過程中出現(xiàn)器官發(fā)育不完全、無法形成正常雄配子或產(chǎn)生有活力的花粉，導(dǎo)致敗育的現(xiàn)象。雄性不育主要表現(xiàn)在雄蕊退化、花粉敗育等。雄蕊退化主要表現(xiàn)為花藥退化，花藥發(fā)育畸形。水稻花藥不育型材料表現(xiàn)為部分花藥完全退化或不完全退化，完全退化的花藥僅僅持有花絲結(jié)構(gòu)，不完全退化花藥表現(xiàn)扭曲且隨后出現(xiàn)退化的現(xiàn)象，這兩種情況均無法形成正?；ǚ踇4]。甜橙類和柑橘類品種無核現(xiàn)象均與花粉退化密切相關(guān)[5]。而花粉敗育主要表現(xiàn)為花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂行為不正常、染色體變異或絨氈層結(jié)構(gòu)異常。研究表明，單子葉植物花粉敗育現(xiàn)象大多出現(xiàn)于接近雙核期階段，而雙子葉植物花粉敗育現(xiàn)象多出現(xiàn)在四分小孢子早期發(fā)育階段[6]。毛白楊（Populus tomentosaCarr.）屬于雙子葉植物綱，其花粉敗育即在小孢子發(fā)生過程中，具體表現(xiàn)為染色體結(jié)構(gòu)缺失，同源染色體無法均勻分置于子代細(xì)胞中[7]。杏（PrunusarmeniacaL.）雄性不育發(fā)生于花粉發(fā)育末期，花粉分裂異常，絨氈層退化不適時(shí)，無法正常溶解前期花粉母細(xì)胞胼胝質(zhì)壁，這些問題使酶或孢粉素?zé)o法正常達(dá)到小孢子，阻礙蛋白質(zhì)合成，造成花粉敗育[8]。

1.2 雌性不育

雌性不育是指由于雌性器官發(fā)育異常而導(dǎo)致的敗育現(xiàn)象。雌性不育主要涉及花器官外部形態(tài)異常、胚囊發(fā)育受阻、珠被發(fā)育異常及雌蕊敗育。花器官外部形態(tài)異常具體表現(xiàn)為子房干癟，花柱外部形態(tài)異常。胚囊敗育是導(dǎo)致植物雌性不育關(guān)鍵因素。研究李（PrunussalicinaLindl.）胚珠敗育現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，雌配子體發(fā)育過程中胚囊發(fā)育受阻，珠心、珠被過早解體退化，這種發(fā)育異常的胚囊在發(fā)育胚中高達(dá)67%[9]。在大蒜（Allium sativumL.）雌配子體形成階段，細(xì)胞發(fā)育不正常，珠被出現(xiàn)混亂，缺少珠孔，無法形成正常雌配子體和胚囊結(jié)構(gòu)[10]。無核白葡萄種子敗育關(guān)鍵在于內(nèi)珠被、珠孔和胚囊組織形態(tài)異常[11]。而雌蕊敗育則體現(xiàn)在雌蕊分化進(jìn)程停滯或遲緩；花芽發(fā)育停滯，最終解體。

1.3 授粉受精不良

授粉受精在植物發(fā)育過程中要求極為嚴(yán)苛且復(fù)雜。授粉能否成功與授粉環(huán)境條件、花粉量多少、花粉與柱頭親和性及花期均有重要聯(lián)系。授粉受精不良具體表現(xiàn)為：①花粉在柱頭上無法正常萌發(fā)。例如越南無核橘‘Quyt Ngot’，其在自花授粉時(shí)自交不親和，花粉粒在柱頭上不發(fā)芽，花柱和子房中均未能觀察到花粉管[12]；②花粉在柱頭上雖萌發(fā)，但花粉管在柱頭上成團(tuán)狀或纏繞生長(zhǎng)，無法深入花柱。導(dǎo)致沙糖桔無籽的關(guān)鍵原因?yàn)樽曰ㄊ诜蹠r(shí)花粉管在柱頭纏繞生長(zhǎng)，無法進(jìn)入胚珠[13]；③花粉管在花柱中停止生長(zhǎng)，無法到達(dá)胚囊，例如‘無核世紀(jì)梨’自花授粉時(shí)花粉管不進(jìn)入胚囊[14]；④花粉管到達(dá)胚囊后，精子未能順利進(jìn)入卵膜或進(jìn)入卵膜后雌雄核不融合，或精子與極核無法正常融合，雙受精失敗，從而導(dǎo)致敗育，形成無核果，例如用‘雪青’梨異花授粉產(chǎn)生的‘無核世紀(jì)梨’[14]。

1.4 胚中途敗育

胚中途敗育發(fā)生于植物授粉受精后，在合子發(fā)育至成熟胚形成階段，由于一些原因造成胚發(fā)育停止在其中某個(gè)階段。不同作物或同一作物不同品種間出現(xiàn)胚胎敗育的時(shí)期也不同。無核白葡萄形成是由于胚乳核不分裂導(dǎo)致胚乳細(xì)胞解體、胚乳敗育，幼胚中途發(fā)育停滯，無法形成具有繁殖能力的種子[11]；‘南豐蜜橘’無籽主要原因也是胚胎早期敗育，大概授粉4周后，大部分合子胚發(fā)育停滯、開始敗育[15]。

2 環(huán)境因素

種胚敗育原因除上述生理生化機(jī)制、胚胎學(xué)機(jī)制外，植物生長(zhǎng)外部環(huán)境也嚴(yán)重影響種胚發(fā)育，例如溫度、水分、光照及病蟲害等。

2.1 病蟲害

病蟲害發(fā)生造成植物葉片光合作用異常，影響授粉階段花粉供應(yīng)，尤其是草食動(dòng)物采食是植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中一大難關(guān)。害蟲密度影響橄欖果實(shí)重量；甲蟲采食也造成豆科植物結(jié)實(shí)率降低；被豆象（Bruchidae）長(zhǎng)期侵害的豆科植物種子比較小[16]。

2.2 溫度

溫度過低或過高均不利于胚珠正常發(fā)育，增加種子敗育率。荔枝品種大小孢子正常發(fā)育，但如果在授粉受精時(shí)遇到低溫陰雨天氣，無法順利完成受精，便形成無核果；若天氣晴好，受精正常，則發(fā)育為有核果[17]。開花前后溫度驟降也是引起甘藍(lán)型油菜胚珠敗育關(guān)鍵因素[3]。溫度過高或過低也造成許多豆科植物花和胚珠等發(fā)育不良，出現(xiàn)敗育現(xiàn)象[16]。玉米從果穗形成至完全成熟過程中均對(duì)溫度有要求，溫度過低致使穗分化停滯，灌漿速度降低等，溫度過高則影響正常開花及授粉過程[18]。低溫亦導(dǎo)致李花粉萌發(fā)率顯著降低，特別是花粉萌發(fā)速度及花粉管伸長(zhǎng)速率，造成授粉受精質(zhì)量下降，發(fā)生敗育。此外，杧果、柑橘及櫻桃等在花期如遇高溫干旱或連續(xù)陰雨天氣也可能影響授粉受精，形成種胚敗育果實(shí)[19]。

2.3 光照

光照不足亦影響授粉受精，小花難以成熟，或授粉后因光合作用不充分、營(yíng)養(yǎng)嚴(yán)重不足從而導(dǎo)致種胚敗育。在玉米籽粒形成階段如遇遮光，造成已受精籽粒全部敗育[20]。同時(shí)，高粱不育系小花敗育也受光照影響，對(duì)光溫反應(yīng)最為敏感[21]。此外，日照長(zhǎng)短也影響植物種胚發(fā)育。長(zhǎng)日照減慢谷子穗發(fā)育，短日照加快穗發(fā)育；短波促進(jìn)穗分化，長(zhǎng)波則抑制雌穗小花發(fā)育[22]。

2.4 水分

水分脅迫不僅抑制植株生長(zhǎng)，也對(duì)種胚發(fā)育造成影響。干旱脅迫時(shí)，極易造成花期不遇；水分過于飽和造成花粉失活。研究表明，玉米在干旱情況下，植株光合作用受抑制，果穗籽粒營(yíng)養(yǎng)不足，導(dǎo)致處在劣勢(shì)位置的頂部籽粒大面積敗育[23]；若在小花分化期遭遇干旱，籽粒幾乎全部敗育。充足水分也減少野豌豆胚珠敗育，促進(jìn)種子成熟，極大提高野豌豆結(jié)實(shí)率[24]。

3 生理生化機(jī)制

3.1 內(nèi)源激素含量

植物種胚發(fā)育受多種生理、生化指標(biāo)綜合影響。內(nèi)源激素含量、保護(hù)酶活性、多胺和酚類物質(zhì)及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素等均影響胚正常發(fā)育。內(nèi)源激素涉及植物生長(zhǎng)、發(fā)育等各個(gè)過程，如組織和器官分化、開花和結(jié)實(shí)、成熟和衰老、休眠和萌發(fā)等方面。生長(zhǎng)素（Auxin，IAA）刺激胚中途停止發(fā)育，發(fā)生敗育問題。芒果種仁中IAA含量過低導(dǎo)致果核發(fā)育小且緩慢[19]；辣椒雄性不育系葉片與花中內(nèi)源IAA含量也均顯著低于相應(yīng)保持系[25]；也有研究表明，種子若含有較高含量IAA促進(jìn)種胚發(fā)育，且在生長(zhǎng)后期，無核果實(shí)中果肉IAA含量大于正常果實(shí)[26]。研究表明，赤霉素（Gibberellin，GA3）活性影響種胚發(fā)育。在葡萄開花期施用GA3，可對(duì)授粉受精、胚囊發(fā)育造成一定影響，從而發(fā)生胚敗育形成無籽葡萄[27]；此外，外源GA3促使葡萄自由態(tài)多胺含量增加而發(fā)生敗育[28]。脫落酸（Abscisic acid，ABA）在種子休眠、胚胎發(fā)育及果實(shí)發(fā)育等方面均發(fā)揮重要作用。伴隨果實(shí)成熟，不同作物、不同品種及不同部位ABA含量變化也不同。在葡萄胚敗育研究中發(fā)現(xiàn)種子發(fā)育調(diào)控果實(shí)中ABA含量，有籽葡萄、空殼品種及無籽葡萄果肉中ABA含量呈明顯下降趨勢(shì)[29]。在植物種胚發(fā)育過程中，也有多種激素協(xié)同調(diào)節(jié)發(fā)揮作用。前人研究表明，棗胚敗育受棗胚和果肉之間所含激素濃度差異影響，當(dāng)種子玉米素（Zeatin，ZT）、GA3和IAA含量低于果肉時(shí)，幼胚發(fā)生敗育[30]。荔枝胚胎發(fā)育研究表明，敗育胚胎中IAA、GA3及細(xì)胞分裂素（Cytokinin，CTK）含量較高，而正常胚胎中IAA、GA3、CTK含量低，且高水平ABA含量不利于幼胚正常發(fā)育[31]。此外，與對(duì)照相比，用生長(zhǎng)素抑制劑青鮮素（Maleic hydrazide，MH）處理龍眼后，ABA/GA3及ABA/IAA值明顯增高，極有可能是造成龍眼焦核關(guān)鍵因素之一[32]。于無核葡萄花前施用IAA、CTK類生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，可能改變胚敗育過程中IAA與CTK之間平衡，從而促進(jìn)胚發(fā)育產(chǎn)生殘核[33]。多種激素協(xié)同作用調(diào)控植物種胚敗育已得到證明。

3.2 保護(hù)酶活性

保護(hù)酶參與種子發(fā)育過程中的生理生化反應(yīng)，保護(hù)酶活性變化可直接影響植物細(xì)胞內(nèi)活性氧代謝和細(xì)胞程序性死亡程度。對(duì)葡萄種子相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，與健康發(fā)育葡萄種子相比，敗育葡萄中過氧化物酶（Peroxidase，POD）、超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）及過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性均顯著降低[34]。還有研究表明多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）活性過低時(shí)，阻礙荔枝幼胚中多酚類物質(zhì)氧化分解，IAA含量無法維持種胚正常發(fā)育，發(fā)生敗育[35]。對(duì)無核葡萄種胚敗育影響因子作主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析得出，胚珠SOD活性與種胚敗育關(guān)聯(lián)度最高，丙二醛（MDA，Malondialdehyde）含量也是胚敗育主要影響因子[36]。辣椒雄性不育材料POD、CAT、PPO活性與相應(yīng)保持系相比差異顯著[37]。對(duì)高羊茅育性相關(guān)研究表明，不育株花藥中SOD、CAT活性顯著低于同時(shí)期可育株，但POD活性及MDA含量高于可育株，抗氧化酶代謝紊亂及MDA積累可能是引起高羊茅敗育主要生理因素之一[38]。

3.3 多胺與酚類物質(zhì)

多胺與酚類物質(zhì)也參與調(diào)節(jié)植物胚胎發(fā)育。與種胚敗育相關(guān)多胺類物質(zhì)具體指精胺（Spm，Spermin）、腐胺（Put，Putrescine）以及亞精胺（Spd，Spermidine）等。研究表明，與正常發(fā)育胚珠相比，敗育胚珠中Spm、Put及Spd含量在發(fā)育階段均顯著降低[39]。無核葡萄種胚敗育也受多胺類物質(zhì)含量極速降低的重要影響[34]，同時(shí)，在荔枝和龍眼種胚敗育相關(guān)研究中也證實(shí)正常發(fā)育有核品種內(nèi)源多胺含量和多胺含量比例顯著高于種胚敗育品種[35]。而酚類物質(zhì)負(fù)向調(diào)控植物種胚發(fā)育。酚類物質(zhì)含量在大多果樹種胚敗育品種與種胚正常發(fā)育品種中差異顯著，較高的酚類物質(zhì)含量造成植物體內(nèi)促進(jìn)生長(zhǎng)類物質(zhì)和抑制生長(zhǎng)類物質(zhì)的平衡遭到破壞，種胚敗育；也有研究認(rèn)為酚類物質(zhì)可能參與調(diào)控DNA的合成作用，發(fā)生種胚敗育現(xiàn)象[40]。

3.4 礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素

礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素也與植物種胚發(fā)育聯(lián)系緊密。氮素營(yíng)養(yǎng)失調(diào)是駝絨藜屬植物種子敗育直接原因[41]；玉米生長(zhǎng)發(fā)育過程中如果缺乏氮、磷、鉀、鋅、硼、錳等則會(huì)禿頂，子房發(fā)育情況也直接影響成粒情況。土壤中速效硼缺失，導(dǎo)致板栗胚珠敗育[42]；在板栗胚珠形成和胚囊發(fā)育期供給外源營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀、硼、鋅及鎂等可有效緩解胚珠敗育現(xiàn)象發(fā)生[43]。無核葡萄相關(guān)研究也表明，鋅、鐵也可能是發(fā)生胚珠敗育現(xiàn)象影響因素[27]。

4 分子機(jī)制

早期植物種胚敗育研究主要停留在生理、胚胎學(xué)上。隨植物全基因組序列完善、基因定位克隆方法及蛋白組學(xué)發(fā)展，對(duì)植物種胚敗育分子機(jī)制方面研究也逐漸增多。

在擬南芥（Arabidopsis thaliana）中，決定種子最終大小主要因素是快速增殖的胚乳和種皮細(xì)胞[44]。Orozco-Arroyo等研究表明，擬南芥有3條控制胚乳細(xì)胞化的途徑：PcG（Polycomb group protein，多梳蛋白）途徑、MADS（the MADS-box transcription factor）/AP2（APETALA2）途徑及IKU途徑（見圖2）。這3個(gè)調(diào)控途徑既相互獨(dú)立，又在某些位點(diǎn)上協(xié)同作用。因此，胚乳發(fā)育是十分精細(xì)、復(fù)雜的過程。胚乳發(fā)育直接影響種子大小，甚至決定種子是否可育。

圖2 擬南芥中控制胚乳細(xì)胞化的途徑[44]Fig.2 Ways to control endosperm cellularization in Arabidopsis

4.1 種胚敗育相關(guān)基因定位

基因調(diào)控機(jī)制也是影響種胚敗育關(guān)鍵性因素。通過基因組測(cè)序、分子標(biāo)記等手段對(duì)種胚敗育基因定位十分關(guān)鍵。對(duì)谷子谷穗頂端敗育的突變體sipaa1研究表明，谷穗頂端敗育是單基因控制的性狀變異；利用BSA（Bulked segregation analysis）混池測(cè)序?qū)⑼蛔兓蚨ㄎ挥?號(hào)染色體110 kb區(qū)間內(nèi)，共有12個(gè)候選基因，其中6個(gè)在谷子穗部高表達(dá)，為下一步禾本科作物穗頂端敗育相關(guān)通路研究提供基礎(chǔ)[22]?；诙喾N分子標(biāo)記和BAC（Bacterial artificial chromosome）克隆，成功從甘藍(lán)型油菜C9染色體上分離得到一個(gè)正調(diào)控每角粒數(shù)的基因BnaC9.SMG7b，其在調(diào)節(jié)功能性雌配子體形成中發(fā)揮作用，決定可育胚珠形成，對(duì)油菜單株產(chǎn)量發(fā)揮重要作用[45-46]。也有研究表明，胚珠敗育是甘藍(lán)型油菜每角粒數(shù)變異最重要的決定因素，利用QTL（Quantitative trait locus）定位將一個(gè)控制胚珠敗育的主效QTL精細(xì)定位到A8染色體80.1 kb區(qū)間內(nèi)，并篩選得到兩個(gè)關(guān)鍵候選基因，為下一步胚珠敗育基因克隆和提高油菜產(chǎn)量奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[47]。利用簡(jiǎn)化基因組測(cè)序技術(shù)對(duì)番茄雄性不育基因作初步定位，得到149個(gè)雄性不育候選基因，為未來分子機(jī)制研究提供重要參考[48]。利用全基因組重測(cè)序及單核苷酸多態(tài)性（SNP，Single nucleotide polymorphism）研究榛子空殼果實(shí)突變體和野生種，篩選得到6個(gè)候選基因，其單核苷酸變異可能致使榛子胚敗育，為進(jìn)一步種胚敗育分子機(jī)理研究及無核種質(zhì)創(chuàng)新提供新的理論依據(jù)[49]。

4.2 組學(xué)在種胚敗育中的應(yīng)用

除對(duì)種胚敗育相關(guān)基因定位外，從差異表達(dá)基因中挖掘、分離與種胚發(fā)育密切相關(guān)基因和蛋白也是研究種胚敗育的有效方法。隨測(cè)序技術(shù)發(fā)展，轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)在植物種胚敗育研究上的應(yīng)用十分廣泛。基于轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白組學(xué)研究菊花胚發(fā)育，篩選得到140個(gè)差異表達(dá)基因和41個(gè)差異蛋白，為菊花胚發(fā)育下一步深入研究提供資源[50]。利用RNA-Seq比較分析‘冷白玉’棗敗育高峰期正常胚與敗育胚，敗育胚中AUX/IAA（生長(zhǎng)素誘導(dǎo)蛋白基因）、SAUR1（生長(zhǎng)素早期響應(yīng)基因）、PYR/PYL（脫落酸受體蛋白基因）、ERF1/2（乙烯應(yīng)答轉(zhuǎn)錄因子）、GH3（吲哚乙酸酰胺合成酶）等基因顯著下調(diào)表達(dá)，再次證實(shí)激素與棗胚發(fā)育密切相關(guān)，從分子生物學(xué)角度揭示棗胚敗育與內(nèi)源激素變化的相互關(guān)系[51]。與之相似，對(duì)谷子穗頂端敗育突變體sipaa1和野生型Yugu1的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果表明，差異基因顯著富集通路主要是激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、外界脅迫響應(yīng)等，再一次證明植物激素在種胚敗育過程中發(fā)揮重要作用[22]。對(duì)葡萄種胚敗育的研究中，通過RNA-Seq篩選得到無籽相關(guān)候選基因，且研究表明HD-Zip轉(zhuǎn)錄因子與葡萄胚敗育密切相關(guān)，例如VvHDZ28與VvHDZ27[52]。還有相關(guān)研究對(duì)假單性結(jié)實(shí)無核葡萄‘無核白’和有核葡萄‘黑比諾’胚珠發(fā)育不同時(shí)間點(diǎn)作轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析，在無核白葡萄胚珠SA合成通路中兩個(gè)關(guān)鍵基因VvEDS1和VvSARD1表達(dá)水平明顯較高，而進(jìn)一步研究表明，VvHDZ28正調(diào)控VvEDS1表達(dá)，而VvHDZ28過表達(dá)導(dǎo)致胚珠敗育及內(nèi)源SA含量增加，這也為葡萄胚珠敗育機(jī)理研究及假單性種子敗育型葡萄遺傳改良提供重要依據(jù)[53]?；趯?duì)珙桐轉(zhuǎn)錄組測(cè)序構(gòu)建的unigene庫，對(duì)調(diào)控種子敗育關(guān)鍵基因CesA作克隆和表達(dá)模式分析，為進(jìn)一步研究珙桐種子敗育分子機(jī)制奠定理論基礎(chǔ)[54]。分析板栗早期子房?jī)?nèi)可育胚珠和敗育胚珠蛋白組學(xué)表明，敗育胚珠在早期蛋白質(zhì)合成功能受損，且參與活性氧代謝途徑的過氧化物酶表達(dá)量高；同時(shí)，作為糖酵解和糖異生的關(guān)鍵酶GAPDH（Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase），在敗育胚珠中下調(diào)表達(dá)，造成細(xì)胞能量代謝系統(tǒng)紊亂，并進(jìn)一步引起細(xì)胞衰老及死亡，這也為板栗胚珠敗育機(jī)制進(jìn)一步研究及為提高板栗產(chǎn)量奠定重要理論基礎(chǔ)[55]。利用比較蛋白質(zhì)組學(xué)對(duì)胚敗育誘導(dǎo)的甜櫻桃小果脫落機(jī)制開展研究得出，植物激素生物合成、細(xì)胞壁代謝等通路顯著富集，胚敗育可能導(dǎo)致植物激素合成紊亂，擾亂信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，控制細(xì)胞壁降解相關(guān)基因，導(dǎo)致小果脫落[56]。利用分子標(biāo)記檢測(cè)得出，MADS-box家族基因VvAGL11是控制葡萄種子敗育關(guān)鍵基因[57]。基于對(duì)無核葡萄轉(zhuǎn)錄組學(xué)和基因組重測(cè)序的聯(lián)合分析鑒定并分離兩個(gè)差異表達(dá)基因VvMADS28以及VvMADS39，并通過功能驗(yàn)證得出VvMADS28參與種子發(fā)育，VvMADS39與葡萄無核相關(guān)[58]。在玉米、番茄、棉花及荔枝等作物上研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)糖代謝關(guān)鍵酶（酸性轉(zhuǎn)化酶、蔗糖合成酶等）作RNAi沉默或超表達(dá)導(dǎo)致種子發(fā)生敗育或種子重量提高[59-61]。

5 展望

胚胎發(fā)育關(guān)系到農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)等重要農(nóng)藝性狀，因此種胚敗育機(jī)理研究，特別是遺傳和分子機(jī)制探究尤為關(guān)鍵。目前關(guān)于種胚敗育機(jī)理仍未清晰。因此，隨著分子生物學(xué)發(fā)展，全基因組序列不斷完善、測(cè)序技術(shù)升級(jí)，未來對(duì)種胚敗育的研究重點(diǎn)應(yīng)對(duì)更多種胚敗育相關(guān)基因進(jìn)行精細(xì)定位、克隆等，明確調(diào)控通路及之間互作過程，并結(jié)合生理生化、胚胎學(xué)等全面解析植物種胚敗育機(jī)理，為農(nóng)作物品種種質(zhì)資源創(chuàng)新及無籽或無核果實(shí)性狀育種應(yīng)用提供理論依據(jù)。