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植物的各种器官、组织以及悬浮培养的细胞和原生质体均可诱导形成类似合子胚的结构,但它们与合子胚起源不同,称为胚状体(Embryoid)。由体细胞发生的胚状体称为体细胞胚(Somatic Embryo,SE)。体细胞胚胎发生是植物发育过程中的特殊现象,并在一定程度上重现了合子胚形态发生的特性,是植物细胞潜能完全表达的一种方式。因此,研究体细胞胚胎发生与发育的机理对于揭示细胞全能性与研究合子胚的分化和发育具有重要意义。本论文着重研究了拟南芥体细胞胚胎发生和发育的分子基础,研究结果为理解体细胞胚胎发生的分子机理提供了重要信息。主要研究结果如下:1.体细胞胚胎发生体细胞胚的产生首先需要胚性愈伤组织的形成,这个过程是在外源生长素的作用下完成的。除去外源生长素,在愈伤组织表面诱导形成突起状的体细胞原胚,然后体细胞原胚两侧产生子叶原基,最终形成具有两片子叶、胚轴和胚根的成熟体细胞胚。2.胚特征基因的表达通过胚特征基因LEC1, LEC2, FUS3, PEI1和ABI3的表达模式分析,发现它们的表达去除激素的体细胞胚诱导阶段表达明显上调。利用GUS报告基因对LEC2基因的表达进行了分析,结果显示它在体细胞原胚形成的早期开始表达,以后集中在子叶原基和子叶中表达。说明在体细胞胚再生过程中,胚特征基因的表达受到调节。3.WUS和CLV3基因的表达为了研究体细胞胚胎发生和发育过程中干细胞的起始,我们对WUS和CLV3的表达模式进行了分析。研究结果显示,体细胞胚发生早期,在胚性愈伤组织表面4～6层细胞(组织中心)中首先检测到WUS基因的表达。然后在新形成的体细胞原胚表面1～3层细胞中出现干细胞特征基因CLV3的表达,并在此位置形成体细胞原胚的突起状结构。体细胞胚发育过程中,两基因的表达均逐渐集中在子叶之间的苗端分生组织中。诱导反义WUS基因表达,体细胞胚的产生受到抑制,胚发育基因的表达也受到影响。表明在体细胞胚发生过程中,组织中心的细胞先于干细胞形成,WUS在此过程中起关键作用。4.生长素极性运输及分布体细胞胚胎发生需要生长素诱导。生长素在体细胞胚胎发生过程中呈极性分布。如果在诱导过程中添加生长素极性运输抑制剂NPA,不仅破坏了生长素的极性分布,还影响了WUS的表达,最终不能产生体细胞胚。生长素外运蛋白PIN1在体细胞胚发生过程中呈极性定位。体细胞胚胎发生早期,PIN1在即将产生体细胞原胚的位置表达。共定位分析显示,PIN1与WUS的表达区域在体细胞胚胎发生早期部分重叠,而在发育后期分离,即PIN1向着即将产生子叶的部分集中,而WUS则集中于子叶之间的苗端分生组织。因此,生长素极性运输及分布亦影响体细胞胚胎发生。5.不同浓度生长素的作用能够诱导体细胞胚产生的生长素浓度具有一定的范围。如果我们在诱导阶段施加过高和过低浓度的生长素,均不能诱导产生体细胞胚,并且也不能诱导其他器官的产生,只能形成不同形态的愈伤组织。而在不施加生长素的情况下,只是初级体细胞胚的继续发育,产生更多的叶和根。进一步的研究观察到在过高或过低浓度的生长素条件下,生长素极性的重新分布难以发生,并且WUS的表达模式亦受到影响。说明生长素极性分布的重新建立和组织中心的形成受生长素浓度的调节。本研究结果表明,在体细胞胚的发生和发育过程中,生长素的极性运输和组织中心细胞与干细胞的形成起关键作用,它们通过启动胚特征基因表达,最终决定体细胞原胚的产生,进而继续发育形成成熟体细胞胚。