通过植物茎顶端分生组织细胞敲除探讨叶极性建立的信号物质

叶原基在植物顶端分生组织（SAM）的周边区形成，叶原基极性建立是完成叶形态建成的关键步骤。在过去半个多世纪的研究中，来自美国和欧洲实验室的一些实验结果提示，由SAM产生的一个（或一些）小分子物质是启动叶原基极性建立的原初信号。但是长期以来，虽然经过几代人的努力，迄今尚不清除这些小分子物质的化学性质是什么，它们如何引起叶原基细胞分化。本申请课题力图用激光显微操作技术，采用体视显微镜观测，光纤导入激光光笔的方法，通过对现有设备的改装，实现对目标细胞的精确敲除。通过这一技术首先检查前人研究方法的严谨性和缜密性，根据实验结果进一步研究叶原基极性建立与顶端分生组织以及其他植物组织的关系，进而探讨寻找叶原基极性建立信号物质的正确方向。这项研究的成果将为植物叶极性建立机制的认识做出贡献，所建立的体视显微激光微操作技术将成为研究同类生物学问题的技术平台

高等植物的叶片在近-远轴向上具有极性，叶片朝上的一面（近轴面）和叶片朝下的一面（远轴面）结构与细胞形态完全不同，近轴面细胞排列紧密，有利于捕获光子，远轴面细胞排列疏松，气孔数量大，有利于气体交换。这种结构使得叶片成为高效的光合作用器官。最近的研究结果发现，叶原基在近-远轴极性建立过程中，除了近轴区域和远轴区域之外，还有一个中间区域。研究认为这个中间区域在极性建立过程中起了很重要的作用。我们的研究的结果表明，叶原基的边缘对于中间区域的形成和维持至关重要。通过显微手术微创实验，我们发现将P0期叶原基的两侧损伤后，叶原基的中间区域就不能正常建立，该原基就会发育成一个近-远轴极性完全丧失的针状叶结构。如果微创仅在叶原基的一侧进行，则该叶原基会在未损伤的另一侧重新招募细胞形成新的叶原基，结果能发育成一个正常的具有近-远轴分化的叶片，但是叶序发生了改变。为了找到遗传上的证据支持叶边缘对于叶极性建立的作用，我们分析了拟南芥调节叶边缘发育两个重要基因的突变体prs 和wox1。尽管这两个单突变的叶片都无极性缺陷的表型，但是构成的双突变有一部分叶片完全丧失了叶极性，这一结果说明叶边缘发育对于叶近-远轴建立确实具有重要作用。在叶极性建立的领域中有一个经典的显微手术微创实验，由美国植物学家Sussex在62年前完成。他在P0原基和顶端分生组织中心区之间进行了微创切割，阻断了新生原基和顶端分生组织中心区的信号通道，结果被分割的原基仅能发育成一个无极性分化的针状结构。Sussex本人和后人推测，顶端中心区合成一个能够导致叶极性建立的信号，后人称之为Sussex信号。我们的实验结果表明，Sussex的微创实验可能无法避免造成P0原基的两侧损伤，致叶极性丧失可能是由于损伤叶边缘所造成。