被子植物早期胚胎发生和极性建立的基因调控机理

被子植物胚胎发育受到精确的遗传调控，从精-卵融合开始，经历了合子激活和非均等分裂、极性轴建立、原胚形成、器官原基形成和分化等关键事件。其中早期胚胎发生和极性轴建立尤其重要，对后续的胚胎发育影响极大，而此方面的研究又鲜有报道。因此，基于这一思路和我们前期研究工作基础（构建了合子和早期胚胎cDNA差减文库，获得了一批优势和特异表达基因），本项目以模式植物烟草和水稻为材料，采用基因克隆与表达、遗传转化、原位杂交、细胞分离、免疫定位、遗传学和表型分析等细胞和分子生物学技术，研究早期胚胎发生（顶基轴极性建立和定向分裂）、胚胎形成关键转换期(器官原基形成和分化)等形态建成中重要基因的表达调控规律，目的旨在探讨和揭示早期胚胎发生的分子机理，这一研究具有极为重要的理论意义。这是我们上一个结题基金项目的延续，具有良好的工作基础和完成任务的可靠性。我们预计本项研究结果将在SCI和核心刊物上发表论文3-5篇。

该项研究主要获得了如下成果：（1）筛选和鉴定了229个可能与胚胎发育相关的突变体，主要可分为两大类：胚胎停滞发育和胚胎异常发育。（2）利用显微操作、SMART PCR cDNA合成、抑制差减杂交等技术，构建了6个烟草抑制差减文库，分别为合子与体内非对称分裂2-细胞胚胎、合子与体外对称分裂2-细胞胚胎、2-细胞原胚中顶细胞与基细胞；测序并获得了大量ESTs和Unigenes，定量RT-PCR研究并比较分析了特异和优势表达的重要基因和新基因；对其进行了生物信息学分析和时空表达模式的研究；这一研究将有助于开展和揭示合子分裂、胚胎顶-基极性建立和早期细胞命运决定相关的分子调控机制。（3）利用合子体外培养体系和免疫荧光显微技术，采用阿拉伯半乳糖蛋白（AGPs）的拮抗剂β-GlcY和多种抗体，研究了烟草合子第一次细胞分裂的模式和形态特征，探讨了早期胚胎定向发育及极性建立中AGPs的作用，揭示AGPs可能参与烟草合子和早期胚胎细胞分裂过程中细胞板的形成，从而影响合子和早期胚胎细胞的定向分裂及极性建立。（4）采用胚珠离体培养、细胞免疫荧光、显微红外光谱等技术，研究了拟南芥胚胎发育和萌发过程中AGPs的生物学功能，揭示了AGPs可能通过影响胚胎细胞壁中纤维素和果胶物质的形成，调节胚胎顶端分生细胞的分裂、子叶原基的发生和子叶器官的形态建成。（5）通过IAA的含量测定、免疫荧光定位、免疫金超微细胞化学定位等技术，研究了烟草子房和胚珠发育、合子和早期胚胎发育中游离IAA, ABP1和H+-ATPase的时空变化规律，证明了IAA从子房原基和合子时期已开始存在，并在整个子房、胚珠和胚胎发育进程中具有规律性的时空分布特点；发现ABP1和质膜H+-ATPase可能在调节子房发育中与IAA一道协同发挥作用；显示ABP1和质膜H+-ATPase可能在调节胚胎发育的生长素信号应答网络中起着重要作用。（6）通过细胞和分子多种研究手段，发现AtMT4a和AtMT4b蛋白主要通过与Zn金属离子结合而调节细胞内离子的贮存和分布，维持金属离子微环境的平衡；发现ABA和GA可能通过调节AtMT4a和AtMT4b的表达水平、继而通过锌指转录因子和锌结合蛋白的作用，影响胚胎晚期和幼苗早期发育；该研究对于揭示种子发育和萌发中ABA和GA激素、MT基因与Zn离子供给及调控之间的关系具有重要的意义。