百脉根侧生器官边界形成分子机制的初步研究
不同种属植物的叶在形态上千差万别，了解叶的形态结构，在进化上和经济上都有重要的意义。叶发育的研究在过去的十年里取得了很多进展。一些关键的叶发育过程已经被研究了。例如，叶原基奠基细胞的招募、叶原基属性的决定和叶原基的伸长与分化。复叶的研究进展大都源于模式系统——番茄和豌豆。但是复叶的小叶原基形成后，它们之间的边界形成机理却研究的很少。
我们以豆科模式植物百脉根为研究系统。两类影响到小叶边界形成的突变体为我们的研究对象。第一类突变体full只特异地影响到复叶上部的三片小叶间的边界形成。而第二类突变体uml广泛的影响到侧生器官边界的形成。
遗传分析表明：full突变体是由一个稳定遗传的隐性单位点核突变引起的。扫描电镜的研究表明，在小叶原基起始时期，也就是P3期之前，full突变体中小叶原基的起始方式与野生型的完全一样。这暗示突变体的发育异常是发生在P3期之后，扫描电镜的结果也显示：侧部小叶原基与顶端小叶原基之间的边界区域，在发育上明显落后于同一时期的野生型。通过图位克隆，再结合比较基因组学的方法，我们克隆了FUll基因。序列分析表明：突变体full-1在LiCUCl的起始编码框ATG下游196位上的碱基由胞嘧啶(C)转换为胸腺嘧啶(T)，这种变化使得66位上保守的脯氨酸变成丝氨酸(P66S)。突变体full-2在LjCUCl的起始编码框ATG下游的937位上的碱基由胞嘧啶(C)转换为胸腺嘧啶(T)，这种变化使得读码框中编码第313位谷氨酰胺的CAG变成了终止密码子TAG。这也进一步验证了遗传的结果：full-1突变体是full-2的等位突变体。RT-PCR的结果也显示full-1突变体中LjCUCl的表达下调了。原位杂交的结果显示：LjCUCL在小叶原基之间的边界区域表达；同时还在花器官原基的边界区以及胚珠之间的位置检测到了LjCUCI的表达。所有的这些结果都强烈显示full突变体是由于LjCUCL基因突变导致的。LjCUCL编码一个NAC-domain(NAM／ATAF1，2／CUC1，2)的转录因子。，它的mRNA上有一个miR164的结合位点，暗示miR164可能参与到LjCUCl转录水平的调控。
第二类突变体uml也是一个稳定遗传的隐性单位点核突变。在uml突变体中，有融合的子叶和其它融合的侧生器官。通过图位克隆的方法，我们克隆了UML基因。序列分析表明：突变体uml在LjPIN1的起始编码框ATG下游的1549位上的碱基由胞嘧啶(C)转换为胸腺嘧啶(T)，这种变化使得517位上保守的精氨酸变成色氨酸(R517W)。LiPIN1编码一个生长素跨膜转运蛋白。这些结果显示生长素也参与到侧生器官边界的形成。除了复叶的表型外，uml突变体的表型与拟南芥pinl突变体的表型非常相似。full uml双突变的表型比full 单突变的表型明显增强；遗传的结果显示LjCUC1和LjPIN1是以两条独立的机制控制着侧部器官边界的形成。
虽然花器官属性决定机制的研究取得了很多进展，但是后期花器官的建成机理被了解的很少。本文通过对一个皱缩花瓣和雄蕊突变体的研究，探讨了后期花瓣和雄蕊发育的可能机制。遗传分析的结果显示：wpsl突变体是一个可稳定遗传的隐性单位点突变导致的。该位点已被确定在3号染色体的长臂上1.3cM的遗传距离内。扫描电镜的结果显示：wpsl突变体早期的花器官发育与野生型的花器官发育相似；wpsl突变体的花瓣和雄蕊的异常发生在花发育的后期。成熟wpsl突变体出现花瓣和花丝皱缩或折叠，而且它们L1层下面的细胞形态也出现异常。原位杂交的结果显示：与野生型比较，花器官属性基因的表达模式在wpsl突变体中没有改变。而且wpsl突变体中不同花瓣的特征性表皮细胞依然存在。组织切片的结果显示：wpsl突变体的所有花瓣不规则的折叠在一起，而且花瓣上出现结的结构；内层(L1层里面)细胞的形状和排列都变的不规则。根据这些结果，我们推测WPS1司能是B功能基因的一个下游组份：它可能通过调控细胞分化和伸展来控制花瓣和雄蕊后期的形态建成。
百脉根;复叶;full突变体;uml突变体;边界形成
中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所;中国科学院上海生命科学研究院;中国科学院上海植物生理生态研究所
博士
遗传学
罗达
2006
中文
Q344.4;Q949.751.9
117
2007-07-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）