番茄(Solanum lycopersicum)作为世界范围内种植最为广泛的重要园艺植物之一,也是一种重要的经济作物。表皮毛是由植物表皮特化而来的一类细胞,几乎存在于植物界的所有成员中,在植物的抗生物胁迫和非生物胁迫中发挥着重要的作用。表皮毛根据细胞数目分为单细胞和多细胞表皮毛两种。与模式植物拟南芥的单细胞表皮毛相比,番茄的表皮毛为多细胞且具有七种类型,在拟南芥中,细胞骨架(cytoskeleton)在表皮毛发育过程中的作用得到了比较详细的研究。KCBP(kinesin-like calmodulin-binding protein)作为中心,与微丝(actin filaments,AFs)和微管(microtubules,MTs)结合共同调控拟南芥表皮毛的形态建成。相比之下,拥用多种类型表皮毛的番茄在表皮毛的形态建成方面的研究却知之甚少,这对提高番茄的广谱抗性有着重要意义。在这项研究中,我们将遗传学筛选和活细胞成像技术结合起来进行定量研究番茄表皮毛的形态形成。我们发现了肌动蛋白和微管在番茄不同的表皮毛细胞中表现出明显不同的模式。具体结果如下:1.番茄表皮毛的形态的观察和测定。在番茄中有四种类型的腺体毛(GTs)和三种类型的非腺体毛(NGTs)。其中,Ⅱ型和V型表皮毛作为非腺体毛的典型类型,在番茄中数量最多。Ⅱ型和V型表皮毛有着类似的形态但是由不同的细胞数量组成。在Ⅱ型和V型表皮毛中,Ⅱ型表皮毛主要由5到8个细胞组成,V型表皮毛主要由3个细胞组成。Ⅱ型表皮毛中基部细胞的长度和宽度最大且随着向顶部方向而变得越来越小,V型表皮毛也呈现了类似的趋势。2.番茄的不同发育阶段表皮毛的微丝的排列。为了观察番茄中活体表皮毛中的微丝的形态,我们在番茄中构建了稳定转化标记微丝的转基因株系(p35S:Lifeact-e GFP),并从中挑选正常形态的植株进行进一步的观察。在Ⅱ型表皮毛中,单细胞阶段的微丝主要呈现横向排列;多细胞阶段,随着细胞的膨大与伸长,微丝逐渐呈现出沿着长轴呈整体螺旋排列的现象。V型表皮毛也呈现出来了类似的现象。3.番茄表皮毛中微管的排列和动力学的观察及测定。在拟南芥的单细胞表皮毛中,微管与表皮毛的分叉形成紧密相关。为了观察微管和番茄表皮毛形态建成的关系,我们在番茄中构建了稳定转化标记微管的转基因植株(p35S:EB1a-e GFP)。在单细胞阶段,EB1a-e GFP主要聚集在表皮毛细胞的顶端且呈现点状分布。与之不同的是,在多细胞阶段,通过追踪EB1a-e GFP的轨迹,我们发现EB1a-e GFP主要呈螺旋状运动。4.dt突变体的筛选和鉴定。为了进一步解析微丝在表皮毛的形态建成方面的作用,我们通过筛选突变体库,获得了表皮毛畸形突变体;进一步以表皮毛畸形突变体为亲本构建了遗传群体,通过BSA测序,我们鉴定到了dt突变体由Solyc09g014980(Sl SCAR2)功能丧失引起。5.dt突变体的表皮毛中微丝的空间结构的观察。为了观察在dt突变体中的微丝的空间结构,我们将p35S:Lifeact-e GFP引入到dt-1突变体中。与WT相比,dt-1突变体中的表皮毛的微丝由螺旋上升状的排列模式变成了纵向或随机分布。6.微管和微丝调控表皮毛的形态建成。为了进一步观察微管和微丝对表皮毛形态建成的影响,我们分别用20μM Oryzalin和20μM Latrunculin B进行处理。用Oryzalin处理后,表皮毛呈现出放射性膨胀的现象,表皮毛的细胞变得肿胀且细胞质的束状微丝增多而正常形态的微丝变少;用Latrunculin B处理后,表皮毛几乎失去了纵向伸长能力。