发育生物学第章第六章初生轴的发育

6.2.1合子的极性向胚胎纵轴的转变6.2.2胚中生长素极性运输的作用

6.2.3顶端分生组织的形成6.2拟南芥胚的纵轴目前一页\总数四十三页\编于五点1、生长素极性运输是胚后期植物茎-根轴的重要特征。极性的生长素流提供了位置和生理学信息，在胚后期发育的调节中起多种作用。

目前二页\总数四十三页\编于五点豌豆苗中生长素的极性运输目前三页\总数四十三页\编于五点2、生长素沿纵轴运输也是高等植物胚的一种普遍特征。生长素的运输方向与PIN-FORMED1(PIN1)蛋白分布相关，PIN1是一种生长素流载体的组分之一。目前四页\总数四十三页\编于五点拟南芥胚中PIN1的极性分布（PIN1的位置用红色标注）目前五页\总数四十三页\编于五点

从球形胚中期开始，就可以在茎-根的方向检测到生长素的向基运输。在早期的胚中，PIN1相对于纵轴而言呈无极性分布。但是从球形胚阶段的中期开始，PIN1开始越来越限于预期为原形成层细胞的基部膜上。

有趣的是，PIN1在外表皮中则是向顶运输。开始也定位在子叶表皮细胞的顶端膜上。目前六页\总数四十三页\编于五点3、生长素极性运输在胚胎发育中的作用（1）生长素参与了胚纵轴的发育生长素与纵轴发育之间的联系在拟南芥的MONOPTERS(MP)基因突变的影响中表现得更为直接。目前七页\总数四十三页\编于五点拟南芥胚中MP的表达和mp突变的影响（野生型胚发育中MP表达的区域用红色标明）目前八页\总数四十三页\编于五点mp幼苗缺少胚根以及全部或部分的下胚轴。PIN1分布的极性在mp胚中是正常的。因此，其生长素流发生方向可能是正确的。尽管mp幼苗缺少了下胚轴和胚根，但通过组织培养子叶组织可获得完整的突变体植株。这样的植株在表型上相对正常，但是其生长素运输的速率明显低于野生型。因此，虽然mp突变体生长素流方向是正确的，但可能是其生长素极性运输的减少导致了mp胚纵轴的局部缺失。目前九页\总数四十三页\编于五点MP编码一个生长素响应因子（AuxinResponseFactor,ARF）。ARFs与生长素诱导基因的启动子区域结合，调控它们的转录。因此，在mp突变体中生长素运输的减少可能是由于mp细胞对生长素反应的减少造成的。目前十页\总数四十三页\编于五点MP编码的ARF在球形期的整个胚中都有表达，随后开始逐渐只限于发育着的维管组织中。极性化的生长素流和维管发育之间联系紧密。维管束不仅是生长素运输的主要位点，而且生长素流似乎也刺激了维管组织的形成。目前十一页\总数四十三页\编于五点（2）生长素参与了从辐射对称向两侧对称的转变在野生型的胚中，两片子叶的发生将辐射对称的球形胚转变为两侧对称的心形胚。例如，将生长素运输抑制剂加入到组培的印度芥菜的胚中，通常会发育产生衣领状的子叶，从而形成钉形的、辐射对称的胚;又如，mp胚的表型也表明生长素和两侧对称之间有联系，因为mp胚常常只发育出一个子叶。

目前十二页\总数四十三页\编于五点在组织培养中用生长素运输抑制剂处理过的印度芥菜的胚衣领状的子叶使胚呈辐射对称目前十三页\总数四十三页\编于五点PIN1蛋白在野生型中的分布表明，生长素在发育中的子叶的原形成层中是向基运输，但是在外表皮中则是向顶运输。因此子叶原基的发育可能涉及了生长素流的复杂变化。目前十四页\总数四十三页\编于五点

6.2.1合子的极性向胚胎纵轴的转变

6.2.2胚中生长素极性运输的作用6.2.3顶端分生组织在纵轴上的定位6.2拟南芥胚的纵轴目前十五页\总数四十三页\编于五点1、确定根顶端分生组织的位置。以转了一个生长素诱导报告基因的拟南芥幼苗为材料的实验表明，在幼苗的根中，报告基因在根顶端分生组织的静止中心和根冠小柱中表达最强，其中在根冠小柱原始细胞中表达量最高。因此，根顶端分生组织是一个高生长素浓度或生长素反应位点。目前十六页\总数四十三页\编于五点在生长素诱导下报告基因表达量最高的区域目前十七页\总数四十三页\编于五点可能是胚中生长素的顶-基式流动导致形成了生长素浓度的梯度，即在预期的根中高浓度而在预期的茎中低浓度。生长素沿着纵轴浓度梯度诱导或者调控了根顶端分生组织的发育。目前十八页\总数四十三页\编于五点有一些证据表明，最高浓度的生长素对于根顶端分生组织的发育是必需的。例如，在mp胚中，根顶端分生组织的丧失是由于顶-基式生长素流的减少阻止了生长素在胚基部的聚集，因此阻止了根顶端分生组织的形成。目前十九页\总数四十三页\编于五点2、茎顶端分生组织的定位（1）WUS、STM、CLV1和CLV3在茎顶端分生组织形成中有特征性的表达模式。茎顶端分生组织发育的第一个迹象是WUS在16细胞胚顶细胞中的表达，也就是在很早的球形胚时期。随后，STM在晚期的球形胚顶端表达，CLV1和CLV3在早期的心形胚其预测的茎顶端分生组织的位置表达。鱼雷形胚时期就可以通过组织学方法辨认出茎顶端分生组织。目前二十页\总数四十三页\编于五点（2）胚胎发生时期茎顶端分生组织起始的机制显然与胚后发育阶段中茎顶端分生组织维持的机制是不同的。这4个基因各自在胚胎中的最初表达似乎都与其他三个基因没有什么关系。任一个基因功能的丧失都不会阻碍其他基因在胚胎时期的表达。

目前二十一页\总数四十三页\编于五点

胚胎发生后STM、WUS、CLV1和CLV3这4个基因的表达都只限于分生组织的特定区域内，而且是相互依赖的。例如，功能完全丧失的stm突变体萌发后没有茎顶端分生组织，而且突变体幼苗在茎顶端缺乏WUS、CLV1和CLV3的表达。

目前二十二页\总数四十三页\编于五点（3）CUC1和CUC2

cuc1或cuc2的单突变体有着基本类似于野生型的表型。然而，cuc1cuc2双突变体萌发时形成杯状的融合子叶并且没有茎顶端分生组织。表明CUC1和CUC2在胚中对于子叶分离和茎顶端分生组织的形成是冗余的。CUC1和CUC2对于子叶分离和茎顶端分生组织的形成是必需的。

目前二十三页\总数四十三页\编于五点胚胎发生过程中CUC2和STM的表达目前二十四页\总数四十三页\编于五点STM在cuc1cuc2双突变体的胚中不表达，表明CUC1和CUC2促进了STM在胚胎顶端的转录。在stm突变体的胚中，CUC基因表达最初是正常的，但是在胚胎发生的晚期变化很大，表明茎顶端分生组织形成和CUC基因活性之间存在反馈作用。

目前二十五页\总数四十三页\编于五点6.1墨角藻胚胎的纵轴6.2拟南芥胚的纵轴6.3拟南芥胚的径向轴第六章初生轴的发育目前二十六页\总数四十三页\编于五点6.3.1径向轴的形成

6.3.2径向轴位置信息的特征

6.3.3胚中纵轴和径向轴之间的关系6.3拟南芥胚的径向轴目前二十七页\总数四十三页\编于五点有很好的证据表明，植株各部分的径向轴在胚胎发育和胚后发育的过程中都受到相似的调控。本节的研究将着重于胚根和根，因为径向模式突变体的表型在这两个器官中的特点尤其鲜明。目前二十八页\总数四十三页\编于五点1、胚根的径向模式与在极性化的拟南芥卵细胞中预先存在的纵向轴不同，胚胎的径向轴是在经过了几轮细胞分裂之后才变得明显的。目前二十九页\总数四十三页\编于五点拟南芥胚根径向模式的发育目前三十页\总数四十三页\编于五点在胚根的发育过程中，维管组织中的平周分裂产生外层的中柱鞘以及内层的木质部和韧皮部的核心。随后，单层的基本分生组织细胞再次分裂形成一层皮层细胞和一层内皮层细胞。

胚根的径向模式与胚后期根的径向模式一致。外面是一层表皮；然后是皮层、内皮层和中柱鞘；最后是一个传导组织核心。目前三十一页\总数四十三页\编于五点2、径向模式的形成受基因的调控

WOL和GLM基因的功能丧失都可以产生不正常的维管组织模式。WOL基因编码一个细胞分裂素受体，表明细胞分裂素在径向模式形成中起作用。

SHR和SCR基因的突变会破坏基本组织的径向模式。人们详细地研究了SCR基因的作用。目前三十二页\总数四十三页\编于五点拟南芥野生型和scr突变体胚的胚根横切面目前三十三页\总数四十三页\编于五点野生型和scr突变体根尖的中央纵切面目前三十四页\总数四十三页\编于五点scr突变体根为单层基本组织。scr根中的单层基本组织既有皮层的特性又有内皮层的特性。这层组织有一个凯氏带，这是内皮层的特点，但是它的细胞也可为只结合皮层细胞而不结合内皮层细胞的抗体所识别。目前三十五页\总数四十三页\编于五点

SCR基因编码一个转录因子。在产生皮层和内皮层的不对称分裂进行之前，SCR基因就在胚的基本组织中表达。分裂之后，表达则限于内皮层中。目前三十六页\总数四十三页\编于五点6.3.1径向轴的形成6.3.2径向轴位置信息的特征

6.3.3胚中纵轴和径向轴之间的关系6.3拟南芥胚的径向轴目前三十七页\总数四十三页\编于五点遗传学实验结合激光切除实验的结果表明，沿根的径向轴的发育既需要径向轴的信号也需要纵轴的信号。目前三十八页\总数四十三页\编于五点1、径向轴信号传导（遗传学实验SHRSCR）SHR基因编码一个推测的转录因子，与scr突变体一样，shr突变体也缺失了一层基本组织。目前三十九页\总数四十三页\编于五点

SHR和SCR的不同-scr突变体的根的单层基本组织既有皮层又有内皮层的特征，而shr突变体的根则只是缺失了内皮层。-SCR和SHR基因的表达模式也不同：SCR基因在基本组织中表达，而SHR基因则在中柱中表达。目前四十页\总数四十三页\编于五点

SHR向SCR的径向轴信号传导-在scr突变体中SHR的表达正常，而在shr突变体中SCR基因的表达则显著减少。因此，SCR基因的表达需要SHR基因，而SHR基因的表达则并不一定需要SCR基因