發(fā)育生物學(xué)第章第六章初生軸的發(fā)育

6.2.1合子的極性向胚胎縱軸的轉(zhuǎn)變6.2.2胚中生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸?shù)淖饔?/p>

6.2.3頂端分生組織的形成6.2擬南芥胚的縱軸當(dāng)前第1頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)1、生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸是胚后期植物莖-根軸的重要特征。極性的生長(zhǎng)素流提供了位置和生理學(xué)信息，在胚后期發(fā)育的調(diào)節(jié)中起多種作用。

當(dāng)前第2頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)豌豆苗中生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸當(dāng)前第3頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)2、生長(zhǎng)素沿縱軸運(yùn)輸也是高等植物胚的一種普遍特征。生長(zhǎng)素的運(yùn)輸方向與PIN-FORMED1(PIN1)蛋白分布相關(guān)，PIN1是一種生長(zhǎng)素流載體的組分之一。當(dāng)前第4頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)擬南芥胚中PIN1的極性分布（PIN1的位置用紅色標(biāo)注）當(dāng)前第5頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

從球形胚中期開(kāi)始，就可以在莖-根的方向檢測(cè)到生長(zhǎng)素的向基運(yùn)輸。在早期的胚中，PIN1相對(duì)于縱軸而言呈無(wú)極性分布。但是從球形胚階段的中期開(kāi)始，PIN1開(kāi)始越來(lái)越限于預(yù)期為原形成層細(xì)胞的基部膜上。

有趣的是，PIN1在外表皮中則是向頂運(yùn)輸。開(kāi)始也定位在子葉表皮細(xì)胞的頂端膜上。當(dāng)前第6頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)3、生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸在胚胎發(fā)育中的作用（1）生長(zhǎng)素參與了胚縱軸的發(fā)育生長(zhǎng)素與縱軸發(fā)育之間的聯(lián)系在擬南芥的MONOPTERS(MP)基因突變的影響中表現(xiàn)得更為直接。當(dāng)前第7頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)擬南芥胚中MP的表達(dá)和mp突變的影響（野生型胚發(fā)育中MP表達(dá)的區(qū)域用紅色標(biāo)明）當(dāng)前第8頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)mp幼苗缺少胚根以及全部或部分的下胚軸。PIN1分布的極性在mp胚中是正常的。因此，其生長(zhǎng)素流發(fā)生方向可能是正確的。盡管mp幼苗缺少了下胚軸和胚根，但通過(guò)組織培養(yǎng)子葉組織可獲得完整的突變體植株。這樣的植株在表型上相對(duì)正常，但是其生長(zhǎng)素運(yùn)輸?shù)乃俾拭黠@低于野生型。因此，雖然mp突變體生長(zhǎng)素流方向是正確的，但可能是其生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸?shù)臏p少導(dǎo)致了mp胚縱軸的局部缺失。當(dāng)前第9頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)MP編碼一個(gè)生長(zhǎng)素響應(yīng)因子（AuxinResponseFactor,ARF）。ARFs與生長(zhǎng)素誘導(dǎo)基因的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合，調(diào)控它們的轉(zhuǎn)錄。因此，在mp突變體中生長(zhǎng)素運(yùn)輸?shù)臏p少可能是由于mp細(xì)胞對(duì)生長(zhǎng)素反應(yīng)的減少造成的。當(dāng)前第10頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)MP編碼的ARF在球形期的整個(gè)胚中都有表達(dá)，隨后開(kāi)始逐漸只限于發(fā)育著的維管組織中。極性化的生長(zhǎng)素流和維管發(fā)育之間聯(lián)系緊密。維管束不僅是生長(zhǎng)素運(yùn)輸?shù)闹饕稽c(diǎn)，而且生長(zhǎng)素流似乎也刺激了維管組織的形成。當(dāng)前第11頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)（2）生長(zhǎng)素參與了從輻射對(duì)稱(chēng)向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)的轉(zhuǎn)變?cè)谝吧偷呐咧校瑑善尤~的發(fā)生將輻射對(duì)稱(chēng)的球形胚轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚?cè)對(duì)稱(chēng)的心形胚。例如，將生長(zhǎng)素運(yùn)輸抑制劑加入到組培的印度芥菜的胚中，通常會(huì)發(fā)育產(chǎn)生衣領(lǐng)狀的子葉，從而形成釘形的、輻射對(duì)稱(chēng)的胚;又如，mp胚的表型也表明生長(zhǎng)素和兩側(cè)對(duì)稱(chēng)之間有聯(lián)系，因?yàn)閙p胚常常只發(fā)育出一個(gè)子葉。

當(dāng)前第12頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)在組織培養(yǎng)中用生長(zhǎng)素運(yùn)輸抑制劑處理過(guò)的印度芥菜的胚衣領(lǐng)狀的子葉使胚呈輻射對(duì)稱(chēng)當(dāng)前第13頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)PIN1蛋白在野生型中的分布表明，生長(zhǎng)素在發(fā)育中的子葉的原形成層中是向基運(yùn)輸，但是在外表皮中則是向頂運(yùn)輸。因此子葉原基的發(fā)育可能涉及了生長(zhǎng)素流的復(fù)雜變化。當(dāng)前第14頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

6.2.1合子的極性向胚胎縱軸的轉(zhuǎn)變

6.2.2胚中生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸?shù)淖饔?.2.3頂端分生組織在縱軸上的定位6.2擬南芥胚的縱軸當(dāng)前第15頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)1、確定根頂端分生組織的位置。以轉(zhuǎn)了一個(gè)生長(zhǎng)素誘導(dǎo)報(bào)告基因的擬南芥幼苗為材料的實(shí)驗(yàn)表明，在幼苗的根中，報(bào)告基因在根頂端分生組織的靜止中心和根冠小柱中表達(dá)最強(qiáng)，其中在根冠小柱原始細(xì)胞中表達(dá)量最高。因此，根頂端分生組織是一個(gè)高生長(zhǎng)素濃度或生長(zhǎng)素反應(yīng)位點(diǎn)。當(dāng)前第16頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)在生長(zhǎng)素誘導(dǎo)下報(bào)告基因表達(dá)量最高的區(qū)域當(dāng)前第17頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)可能是胚中生長(zhǎng)素的頂-基式流動(dòng)導(dǎo)致形成了生長(zhǎng)素濃度的梯度，即在預(yù)期的根中高濃度而在預(yù)期的莖中低濃度。生長(zhǎng)素沿著縱軸濃度梯度誘導(dǎo)或者調(diào)控了根頂端分生組織的發(fā)育。當(dāng)前第18頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)有一些證據(jù)表明，最高濃度的生長(zhǎng)素對(duì)于根頂端分生組織的發(fā)育是必需的。例如，在mp胚中，根頂端分生組織的喪失是由于頂-基式生長(zhǎng)素流的減少阻止了生長(zhǎng)素在胚基部的聚集，因此阻止了根頂端分生組織的形成。當(dāng)前第19頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)2、莖頂端分生組織的定位（1）WUS、STM、CLV1和CLV3在莖頂端分生組織形成中有特征性的表達(dá)模式。莖頂端分生組織發(fā)育的第一個(gè)跡象是WUS在16細(xì)胞胚頂細(xì)胞中的表達(dá)，也就是在很早的球形胚時(shí)期。隨后，STM在晚期的球形胚頂端表達(dá)，CLV1和CLV3在早期的心形胚其預(yù)測(cè)的莖頂端分生組織的位置表達(dá)。魚(yú)雷形胚時(shí)期就可以通過(guò)組織學(xué)方法辨認(rèn)出莖頂端分生組織。當(dāng)前第20頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)（2）胚胎發(fā)生時(shí)期莖頂端分生組織起始的機(jī)制顯然與胚后發(fā)育階段中莖頂端分生組織維持的機(jī)制是不同的。這4個(gè)基因各自在胚胎中的最初表達(dá)似乎都與其他三個(gè)基因沒(méi)有什么關(guān)系。任一個(gè)基因功能的喪失都不會(huì)阻礙其他基因在胚胎時(shí)期的表達(dá)。

當(dāng)前第21頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

胚胎發(fā)生后STM、WUS、CLV1和CLV3這4個(gè)基因的表達(dá)都只限于分生組織的特定區(qū)域內(nèi)，而且是相互依賴(lài)的。例如，功能完全喪失的stm突變體萌發(fā)后沒(méi)有莖頂端分生組織，而且突變體幼苗在莖頂端缺乏WUS、CLV1和CLV3的表達(dá)。

當(dāng)前第22頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)（3）CUC1和CUC2

cuc1或cuc2的單突變體有著基本類(lèi)似于野生型的表型。然而，cuc1cuc2雙突變體萌發(fā)時(shí)形成杯狀的融合子葉并且沒(méi)有莖頂端分生組織。表明CUC1和CUC2在胚中對(duì)于子葉分離和莖頂端分生組織的形成是冗余的。CUC1和CUC2對(duì)于子葉分離和莖頂端分生組織的形成是必需的。

當(dāng)前第23頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)胚胎發(fā)生過(guò)程中CUC2和STM的表達(dá)當(dāng)前第24頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)STM在cuc1cuc2雙突變體的胚中不表達(dá)，表明CUC1和CUC2促進(jìn)了STM在胚胎頂端的轉(zhuǎn)錄。在stm突變體的胚中，CUC基因表達(dá)最初是正常的，但是在胚胎發(fā)生的晚期變化很大，表明莖頂端分生組織形成和CUC基因活性之間存在反饋?zhàn)饔谩?/p>

當(dāng)前第25頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)6.1墨角藻胚胎的縱軸6.2擬南芥胚的縱軸6.3擬南芥胚的徑向軸第六章初生軸的發(fā)育當(dāng)前第26頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)6.3.1徑向軸的形成

6.3.2徑向軸位置信息的特征

6.3.3胚中縱軸和徑向軸之間的關(guān)系6.3擬南芥胚的徑向軸當(dāng)前第27頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)有很好的證據(jù)表明，植株各部分的徑向軸在胚胎發(fā)育和胚后發(fā)育的過(guò)程中都受到相似的調(diào)控。本節(jié)的研究將著重于胚根和根，因?yàn)閺较蚰Ｊ酵蛔凅w的表型在這兩個(gè)器官中的特點(diǎn)尤其鮮明。當(dāng)前第28頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)1、胚根的徑向模式與在極性化的擬南芥卵細(xì)胞中預(yù)先存在的縱向軸不同，胚胎的徑向軸是在經(jīng)過(guò)了幾輪細(xì)胞分裂之后才變得明顯的。當(dāng)前第29頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)擬南芥胚根徑向模式的發(fā)育當(dāng)前第30頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)在胚根的發(fā)育過(guò)程中，維管組織中的平周分裂產(chǎn)生外層的中柱鞘以及內(nèi)層的木質(zhì)部和韌皮部的核心。隨后，單層的基本分生組織細(xì)胞再次分裂形成一層皮層細(xì)胞和一層內(nèi)皮層細(xì)胞。

胚根的徑向模式與胚后期根的徑向模式一致。外面是一層表皮；然后是皮層、內(nèi)皮層和中柱鞘；最后是一個(gè)傳導(dǎo)組織核心。當(dāng)前第31頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)2、徑向模式的形成受基因的調(diào)控

WOL和GLM基因的功能喪失都可以產(chǎn)生不正常的維管組織模式。WOL基因編碼一個(gè)細(xì)胞分裂素受體，表明細(xì)胞分裂素在徑向模式形成中起作用。

SHR和SCR基因的突變會(huì)破壞基本組織的徑向模式。人們?cè)敿?xì)地研究了SCR基因的作用。當(dāng)前第32頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)擬南芥野生型和scr突變體胚的胚根橫切面當(dāng)前第33頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)野生型和scr突變體根尖的中央縱切面當(dāng)前第34頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)scr突變體根為單層基本組織。scr根中的單層基本組織既有皮層的特性又有內(nèi)皮層的特性。這層組織有一個(gè)凱氏帶，這是內(nèi)皮層的特點(diǎn)，但是它的細(xì)胞也可為只結(jié)合皮層細(xì)胞而不結(jié)合內(nèi)皮層細(xì)胞的抗體所識(shí)別。當(dāng)前第35頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

SCR基因編碼一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。在產(chǎn)生皮層和內(nèi)皮層的不對(duì)稱(chēng)分裂進(jìn)行之前，SCR基因就在胚的基本組織中表達(dá)。分裂之后，表達(dá)則限于內(nèi)皮層中。當(dāng)前第36頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)6.3.1徑向軸的形成6.3.2徑向軸位置信息的特征

6.3.3胚中縱軸和徑向軸之間的關(guān)系6.3擬南芥胚的徑向軸當(dāng)前第37頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合激光切除實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，沿根的徑向軸的發(fā)育既需要徑向軸的信號(hào)也需要縱軸的信號(hào)。當(dāng)前第38頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)1、徑向軸信號(hào)傳導(dǎo)（遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)SHRSCR）SHR基因編碼一個(gè)推測(cè)的轉(zhuǎn)錄因子，與scr突變體一樣，shr突變體也缺失了一層基本組織。當(dāng)前第39頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

SHR和SCR的不同-scr突變體的根的單層基本組織既有皮層又有內(nèi)皮層的特征，而shr突變體的根則只是缺失了內(nèi)皮層。-SCR和SHR基因的表達(dá)模式也不同：SCR基因在基本組織中表達(dá)，而SHR基因則在中柱中表達(dá)。當(dāng)前第40頁(yè)\共有43頁(yè)\編于星期五\18點(diǎn)

SHR向SCR的徑向軸信號(hào)傳導(dǎo)-在scr突變體中SHR的表達(dá)正常，而在shr突變體中SCR基因的表達(dá)則顯著減少。因此，SCR基因的表達(dá)需要SHR基因，而SHR基因的表達(dá)則并不一定需要SCR基因。