擬南芥體細胞胚胎發(fā)生的機理研究.pdf

1、植物的各種器官、組織以及懸浮培養(yǎng)的細胞和原生質(zhì)體均可誘導(dǎo)形成類似合子胚的結(jié)構(gòu),但它們與合子胚起源不同,稱為胚狀體(Embryoid)。由體細胞發(fā)生的胚狀體稱為體細胞胚(Somatic Embryo, SE)。體細胞胚胎發(fā)生是植物發(fā)育過程中的特殊現(xiàn)象,并在一定程度上重現(xiàn)了合子胚形態(tài)發(fā)生的特性,是植物細胞潛能完全表達的一種方式。因此,研究體細胞胚胎發(fā)生與發(fā)育的機理對于揭示細胞全能性與研究合子胚的分化和發(fā)育具有重要意義。本論文著重研究了擬南芥

2、體細胞胚胎發(fā)生和發(fā)育的分子基礎(chǔ),研究結(jié)果為理解體細胞胚胎發(fā)生的分子機理提供了重要信息。主要研究結(jié)果如下： 1.體細胞胚胎發(fā)生 體細胞胚的產(chǎn)生首先需要胚性愈傷組織的形成,這個過程是在外源生長素的作用下完成的。除去外源生長素,在愈傷組織表面誘導(dǎo)形成突起狀的體細胞原胚,然后體細胞原胚兩側(cè)產(chǎn)生子葉原基,最終形成具有兩片子葉、胚軸和胚根的成熟體細胞胚。 2.胚特征基因的表達 通過胚特征基因LEC1,LEC2,FUS

3、3,PEI1和ABI3的表達模式分析,發(fā)現(xiàn)它們的表達去除激素的體細胞胚誘導(dǎo)階段表達明顯上調(diào)。利用GUS報告基因?qū)EC2基因的表達進行了分析,結(jié)果顯示它在體細胞原胚形成的早期開始表達,以后集中在子葉原基和子葉中表達。說明在體細胞胚再生過程中,胚特征基因的表達受到調(diào)節(jié)。 3.WUS和CLV3基因的表達 為了研究體細胞胚胎發(fā)生和發(fā)育過程中干細胞的起始,我們對WUS和CLV3的表達模式進行了分析。研究結(jié)果顯示,體細胞胚發(fā)生早期

4、,在胚性愈傷組織表面4～6層細胞(組織中心)中首先檢測到WUS基因的表達。然后在新形成的體細胞原胚表面1～3層細胞中出現(xiàn)干細胞特征基因CLV3的表達,并在此位置形成體細胞原胚的突起狀結(jié)構(gòu)。體細胞胚發(fā)育過程中,兩基因的表達均逐漸集中在子葉之間的苗端分生組織中。誘導(dǎo)反義WUS基因表達,體細胞胚的產(chǎn)生受到抑制,胚發(fā)育基因的表達也受到影響。表明在體細胞胚發(fā)生過程中,組織中心的細胞先于干細胞形成,WUS此過程中起關(guān)鍵作用。 4.生長素極性

5、運輸及分布 體細胞胚胎發(fā)生需要生長素誘導(dǎo)。生長素在體細胞胚胎發(fā)生過程中呈極性分布。如果在誘導(dǎo)過程中添加生長素極性運輸抑制劑NPA,不僅破壞了生長素的極性分布,還影響了WUS的表達,最終不能產(chǎn)生體細胞胚。生長素外運蛋白PIN1在體細胞胚發(fā)生過程中呈極性定位。體細胞胚胎發(fā)生早期,PIN1在即將產(chǎn)生體細胞原胚的位置表達。共定位分析顯示,PIN1與WUS的表達區(qū)域在體細胞胚胎發(fā)生早期部分重疊,而在發(fā)育后期分離,即PIN1向著即將產(chǎn)生子葉

6、的部分集中,而WUS則集中于子葉之間的苗端分生組織。因此,生長素極性運輸及分布亦影響體細胞胚胎發(fā)生。 5.不同濃度生長素的作用 能夠誘導(dǎo)體細胞胚產(chǎn)生的生長素濃度具有一定的范圍。如果我們在誘導(dǎo)階段施加過高和過低濃度的生長素,均不能誘導(dǎo)產(chǎn)生體細胞胚,并且也不能誘導(dǎo)其他器官的產(chǎn)生,只能形成不同形態(tài)的愈傷組織。而在不施加生長素的情況下,只是初級體細胞胚的繼續(xù)發(fā)育,產(chǎn)生更多的葉和根。進一步的研究觀察到在過高或過低濃度的生長素條件下