检索历史 清除

摘要在合适的外源激素条件下，高等植物能够再生茎尖分生组织，进而通过芽再生形成新的个体。茎尖分生组织的重建是植物细胞多能性的体现，是植物遗传转化和离体快繁的先决条件。研究发现，植物的芽再生可分为直接和间接两种类型。在间接芽再生过程中，外植体先在富含生长素的愈伤组织诱导培养基（callus-inducing medium）上诱导愈伤组织形成，然后转到富含细胞分裂素的芽诱导培养基（shoot-inducing medium）上诱导芽再生；而在直接芽再生过程中，侧根原基（lateral root primordia）可以不经过愈伤组织的产生直接转分化为茎尖分生组织，此过程无愈伤组织产生。然而两种芽再生类型调控机制之间的异同目前尚不清楚。<br>　　本研究以萌发6天的拟南芥幼苗为材料，以下胚轴和根作为外植体，先在含有生长素NAA的培养基上培养48h，然后转移至含有细胞分裂素2-iP的培养基中培养，使得经由愈伤组织间接芽再生和侧根原基直接芽再生两种体系可以在一个外植体上同时发生。随后利用激光扫描共聚焦显微镜对两种芽再生过程的形态结构进行观察。结果表明，两种芽再生过程中形态变化规律十分相似。不同之处在于与直接再生相比，间接再生形成的茎尖分生组织基部较宽，从而在随后的培养过程中产生了体积较大的茎尖分生组织。qRT-PCR结果显示，激素信号转导相关基因AUXIN RESPONSE FACTOR5（ARF5）和ARABIDOPSISRESPONSR REGULATOR1（ARR1），以及干细胞关键调控基因LATERAL ORGAN BOUNDARIES DOMAIN16（LBD16）、PLETHORA1（PLT1）、SCARECROW（SCR）、WUSCHEL RELATED HOMEOBOX5（WOX5）和WUSCHEL（WUS）的转录水平在两种芽再生过程之间未发生显著差异。利用报告株系的分析发现，WOX5、WUS、SCR和ARR1在两种芽再生过程之间表现出相似的表达模式。然而WOX11在两种再生过程中存在差异。在芽的间接再生过程中，表达WOX11的起始细胞数量较多，从而形成体积较大的茎尖分生组织；而在直接再生过程中，表达WOX11的起始细胞数量较少，因而产生体积较小的茎尖分生组织。<br>　　进一步的研究发现，在DOMAINS REARRANGEDMETHYLTRANSFERASE1（DRM1）、DRM2和CHROMOMETHYLASE3（CMT3）基因突变造成的非CG位点DNA甲基化几乎完全消失的drm1drm2cmt3（ddc）三突变体中，芽的直接再生能力增强，且直接再生芽过程中WOX11表达水平较野生型显著上调；而芽的间接再生能力和间接芽再生过程中WOX11转录水平与野生型相比均无明显改变。重亚硫酸盐测序表明DRM1、DRM2和CMT3基因的突变特异性地影响了直接芽再生过程中非CG位点DNA甲基化，但对间接芽再生途径无影响。<br>　　本研究发现表达WOX11的起始细胞数量与芽再生的类型密切相关，非CG位点DNA甲基化特异性地调节直接芽再生过程中WOX11的表达，对间接芽再生过程没有影响。研究结果为理解器官再生过程中细胞命运转变的调控机制提供了新的信息。