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

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。