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玉米芽的再生是获得转基因植株的基础。到目前为止,人们已经从幼胚、玉米悬浮细胞、幼茎、茎尖、叶片、成熟胚等多种外植体中培养得到了愈伤组织,并最终获得了再生芽。离体芽的再生过程需要愈伤组织中特异的激素区域性响应调控,在拟南芥离体芽再生中,生长素分布在芽起始位点周围,细胞分裂素分布在中心,共同调控离体芽的再生。与此同时,茎端分生组织特异基因VUSCHEL(WUS)和CLAVATA3 (CL V3)的表达,标志着茎端分生组织在拟南芥离体芽再生过程中重新形成。玉米作为单子叶植物,芽再生的具体分子机理尚不清楚。本研究首先分析了玉米茎端分生组织特异表达基因ZmWUSCHEL1 (ZmWUS1)的生物学功能,证明该基因能影响茎端分生组织的发育。通过观察ZmWUSl和另一个茎端分生组织关键调控基因KNOTTED1 (KN1)在玉米芽再生过程中的表达模式,发现ZmWUS1 和 KN1在胚性愈伤组织中区域性的诱导表达,标志着茎端分生组织诱导形成；还分析了生长素和细胞分裂素的响应模式,并与拟南芥芽再生过程中的响应模式进行比较,发现生长素和细胞分裂素响应信号呈现单子叶植物特异的极性分布模式,共同调控茎端分生组织的起始。该研究为单子叶植物芽再生机理的研究提供了信息。具体研究结果如下：(1)以玉米幼胚为外植体诱导离体芽再生的形态学观察。玉米离体芽的产生首先需要诱导愈伤组织的形成,这个过程是在外源生长素的作用下完成的。除去外源生长素,在愈伤组织表面形成突起状的茎端分生组织,然后在茎端分生组织侧面产生幼叶原基,最终形成完整的植株。(2)ZmWUS1的功能分析。通过分析ZmWUS1过表达植株的表型,我们发现相对于野生型植株,过表达转基因植株发育较快、节间变短、叶片密度略有增加,并且有些株系的叶序由互生变为对生。而抑制ZmWUS1的表达则导致植株生长发育变缓。实验结果证明Z mWUS1是调控玉米茎端分生组织发育的关键因子。(3)ZmWUS1和KNl在离体芽再生中的表达分析。为研究离体芽再生中茎端分生组织的形成,我们分析了分生组织关键调控基因ZmWUS1和KNl在芽诱导过程中的表达模式。结果显示,在芽诱导早期胚性愈伤组织表层以下4-6层细胞中首先检测到ZmWUS1基因的表达。这些细胞与周围的愈伤组织细胞不同,体积较小且排列紧密,具有茎端分生组织干细胞的特征。这些细胞随后发育成离体芽。我们也观察到KNl具有相似的表达模式,但是表达范围相比ZmWUS1更广泛。说明在离体芽再生中茎端分生组织重新诱导形成。(4)生长素和细胞分裂素调控离体芽再生中茎端分生组织的诱导形成。在玉米离体芽起始过程中,生长素的响应信号在愈伤组织特定区域极性分布,尤其在表层细胞中的信号最强。生长素信号极性分布的区域逐渐形成芽原基。当离体芽类胚芽鞘开始产生时,茎端分生组织处的信号逐渐减弱,类胚芽鞘处信号逐渐增强。我们也观察到生长素极性运输蛋白ZmPINFORMED1a (ZmPIN1a)在芽原基起始的愈伤组织区域极性分布。当类胚芽鞘形成时,ZmPIN1a蛋白集中分布在类胚芽鞘起始的区域。通过观察细胞分裂素的响应信号发现,信号也在茎端分生组织起始的区域集中分布。上述研究结果表明,在玉米离体芽再生中,分生组织特征基因ZmWUS1和KN1在胚性愈伤组织中区域性诱导表达,标志着茎端分生组织形成；在这个过程中,生长素和细胞分裂素响应信号呈现单子叶植物特异的极性分布模式,调控茎端分生组织的起始。