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在合适的培养条件下,植物具有重塑茎端分生组织,进而再生出完整植株的能力。这一过程是植物离体快繁、脱毒苗培育和基因工程的先决条件,同时也为回答植物激素信号转导机理、细胞命运决定等基础生物学问题提供了理想的研究体系。前人研究发现,生长素在茎端分生组织再生过程中发挥了重要的调控作用。生长素通过其信号转导途径调控植物发育,其中生长素响应因子Auxin Response Factor(ARF)家族是负责调节下游基因转录的重要环节。ARF家族可以分为转录激活因子和转录抑制因子两大类。目前针对转录激活因子介导生长素信号转导的机制已有深入研究,然而转录抑制因子的作用机制尚不清楚。前人研究表明,ARF4在茎端分生组织中表达水平较高。本研究通过细胞生物学、生物化学以及遗传学等手段,分析了ARF4调控拟南芥芽再生的分子机理。研究结果发现,ARF4的表达信号在茎端分生组织发生过程中呈现出特异的表达模式,并逐渐集中到分生组织的周围区域。ARF4突变导致芽再生频率降低。为了进一步分析ARF4调控作用发挥的时期,我们通过构建乙醇诱导载体获得了am-ARF4转基因植株。在芽诱导培养基添加乙醇造成芽再生能力下降,表明ARF4调控了茎端分生组织的再生。酵母双杂交结果发现,ARF4与Aux/IAA蛋白家族中的IAA5、IAA7、IAA12、IAA34存在相互作用。表达模式分析结果表明,上述4个Aux/IAA蛋白中只有IAA12在茎端分生组织中表达信号较为明显。进一步的Pull-down、BiFC和Co-IP分析均确认了ARF4和IAA12之间的互作。前人研究表明,ARF5通过与IAA12之间的互作介导生长素信号转导。细胞学分析发现,ARF5和IAA12在茎端分生组织再生过程中表现出与ARF4相似的表达模式,暗示了ARF4的调控作用可能与ARF5和IAA12有关。ARF5突变、过量表达IAA12和在茎端分生组织再生过程中特异诱导IAA12表达均能够抑制芽再生。进一步的分析发现,诱导表达ARF4能够提高芽再生频率,也可以部分恢复ARF5突变和IAA12诱导表达的再生缺陷表型。酵母三杂交和Pull-down分析证明,ARF4与ARF5竞争性地同IAA12结合。上述结果表明,茎端分生组织再生过程中,ARF4能够通过竞争ARF5与IAA12结合来调控拟南芥芽再生过程,研究结果为理解茎端分生组织再生机制和转录抑制型ARF的作用机理提供了新信息。