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多种信号均参与植物由营养生长到生殖生长的转变。在这个转变过程中,植物激素起着非常重要的调控作用。为了研究激素调节拟南芥离体花序发育的机制,首先建立了拟南芥离体花序再生系统。以拟南芥雌蕊为外植体,在含有6-BA、2,4-D的培养基上诱导愈伤组织的形成,大约25天后将愈伤组织转至含有Zeatin和IAA的培养基中诱导离体花序的产生。花序再生频率约为60%。
利用半定量RT-PCR方法,对花序发育相关基因的表达进行了分析。发现愈伤组织转至分化培养基后,同源异型基因AP1、AP3、AG、LFY、TFL1、WUS、CLV1、CLV3和STM的表达先后受到诱导,而TFL2和AP2基因的表达则没有明显变化。
利用pTFL1∷GUS和pLFY∷GUS转基因植株为材料,分析了TFL1和LFY在离体花序发育过程中表达的组织特异性。发现TEL1基因主要在具有花序轴特征的细胞,以及成熟再生花序的花序轴中表达,而LFY基因主要在即将产生花原基的区域表达,随后在成熟再生花序的花原基中表达。
由于WUS和CLV3基因的表达影响拟南芥植株中花序的发育,因此对离体花序发育过程中该两个基因的表达模式进行了分析。研究结果显示,在离体花序形成早期,首先检测到WUS基因在愈伤组织内部的一群细胞中表达,称之为组织中心。随后在组织中心上方表面1~3层细胞中检测到干细胞特征决定基因CLV3的表达。随着花序原基的继续发育,两基因的表达均逐渐集中于花序分生组织中。利用可诱导的反义基因表达策略,抑制WUS基因表达,离体再生花序形成受到抑制。研究结果表明组织中心的细胞先于干细胞形成,WUS基因在此过程中起重要作用。
花序的诱导需要生长素。在花序诱导过程中添加生长素极性运输抑制剂,不仅破坏了生长素的极性分布,还抑制了WUS基因的表达,最终不能产生离体花序。说明生长素的极性运输为干细胞形成及离体花序发育所必须。本研究结果表明,激素不仅诱导组织中心细胞及干细胞的形成,而且启动花序特征基因的表达,最终决定花序原基及花原基的产生,进而发育形成成熟的离体花序结构。