乙烯调控植物离体器官再生的机理研究

植物离体器官发生的机理是植物发育生物学领域的重要科学问题之一。大量研究表明，植物激素在这个过程中起到主要调节作用。人们对生长素在植物离体器官发生过程中的作用机理已经有了较为深入的了解，然而乙烯在离体器官再生过程中发挥的作用目前尚不清楚。本课题以已经建立的拟南芥体细胞胚、离体苗或根的再生系统作为研究平台，分别研究乙烯对上述三种不同离体器官发生的调节作用。通过研究乙烯对器官发生过程中生长素合成、极性运输及分布的影响，揭示乙烯在植物细胞脱分化形成干细胞，进而再分化形成不同器官的过程中的调控机理。同时，分别利用乙烯信号转导持续激活或抑制的突变体和野生型材料诱导不同器官再生，通过基因芯片筛选各种器官再生过程中在突变体和野生型之间差异表达的基因，建立乙烯调控不同器官再生的基因网络。通过本项目的实施，初步阐明乙烯调节植物离体器官发生的分子基础，并为其在作物分子改良方面的应用提供新思路。

植物离体器官发生的机理是植物发育生物学领域的重要科学问题之一。大量研究表明，植物激素在这个过程中起到主要调节作用。人们对生长素在植物离体器官发生过程中的作用机理已经有了较为深入的了解，然而乙烯在离体器官再生过程中发挥的作用目前尚不清楚。体细胞胚发生体系是研究植物细胞全能性和植物早期胚胎发育的细胞学特征和分子机理的离体模式体系。乙烯是调节体细胞胚胎发生及发育的重要激素之一，然而其中的分子机制尚不清楚。本项目首先研究了YUC基因介导的生长素生物合成在拟南芥合子胚诱导的体细胞胚胎发生过程中的作用；进而分析了乙烯在体细胞胚的诱导过程中的负调控作用。利用乙烯过量合成突变体eto1和乙烯持续响应突变体ctr1不能诱导体细胞胚胎发生，通过研究发现过量乙烯通过干扰 YUC 基因介导的区域性生长素合成，最终干扰了生长素响应信号区域性分布的建立，从而抑制了体细胞胚胎发生。本项目还建立了特色的子叶单细胞起始体细胞胚胎发生的离体体系，并研究了此过程中乙烯的作用机理。利用SERK1作为标记基因，荧光捕获体细胞胚胎发生早期的单细胞原胚，与获取的单细胞原胚周围的胚性细胞进行对比，进行RNA-seq分析，鉴定出与乙烯相关的决定子叶细胞转分化为体细胞胚的关键决定因子SERF1，对其调控合子胚胎发生的功能和表达模式进行了初步分析。本项目研究结果为理解乙烯调节体细胞胚胎发生的分子机理提供了新的信息。