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植物体细胞胚发生的分子基础 |
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邢更生 崔凯荣 山 仑 王亚馥②
Molecular Foundation in Plant Somatic Embryogenesis
XING Geng-Sheng CUI Kai-Rong SHAN Lun WANG Ya-Fu
(The State Key Laboratory of Arid Agroecology, Lanzhou University, Lanzhou 730000)
植物通过体细胞胚胎发生途径形成再生植株已是及其普遍的现象，这一发育途径为研究植物细胞的分化、发育、全能性表达和作物品种改良、突变体筛选等提供了良好的实验体系，在理论上和应用中都具重大意义。体细胞分化为胚性细胞是受细胞内外多种因子所调控〔1, 2〕，其中最重要的是受特定基因的调控，在胚性细胞的分化过程中伴随着特定的遗传信息表达，其分化过程的实质是基因按顺序表达调控，是相应基因产物作为胚性细胞形成的分子基础。本文结合我们的工作来探讨体细胞胚发生分子基础研究现状。
1 体细胞胚发生中特异蛋白质的表达
在适当条件下，胚性细胞团中的某些细胞可发育成体细胞胚，体细胞胚的发生、发育过程包含着细胞内特异基因的选择性表达〔10〕，许多植物的体细胞胚发生能力受基因型的控制，组织培养中某些控制再生的基因已被定位在某一特定的染色体区域。在苜蓿中，体细胞胚发生具基因型特异性和高度可遗传性，胚性发生受两个等位显性基因控制，Yu 和Pauls 证明〔36〕，在苜蓿体细胞胚发生中，有一个RAPD带与胚性决定基因共分离；在诱导培养第5天的胚性细胞团中有50KD的胚胎发生特异性蛋白表达，这种蛋白质是膜相关蛋白，胚性细胞mRNA体外翻译产物中含有50KD带，而非胚性细胞的体外翻译产物中则缺少这一条带，由此认为膜上的50KD蛋白可作为苜蓿体细胞胚发生的分子标志〔16〕。在胡萝卜、水稻、玉米、豌豆等组织培养中，胚性和非胚性愈伤组织中有不同的蛋白质合成模式，所有这些材料的胚性愈伤组织中都存在45～55KD的胚胎相关性多肽的合成。我们在小麦体细胞胚发生早期也检测到49KD的胚胎相关性多肽〔3〕，在枸杞体细胞胚发生早期检测到35KD的胚胎相关性多肽〔4〕。因此，35～55KD的胚胎相关性多肽是多种植物胚胎发生早期共有的胚性发生分子标志。
目前研究较多的是一种阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGPs)在植物体细胞胚的发生、发育中起重要作用。AGPs是一种细胞表面粘蛋白，它与植物细胞的生长、发育密切相关。在胡萝卜、水稻、梨、烟草等植物的体细胞胚发生培养物中都检测到特异AGPs的表达〔11, 12 20, 22, 27〕。梨中AGP的cDNA编码一个294个氨基酸的多肽，这种多肽含有一段很短的富含Hyp/Pro的链，这个短链两侧存在Asn残基，而Asn残基在典型的AGP主链中不存在；另外，Hyp、Pro和Asn在多肽链中大量出现趋向于破坏α-螺旋，因此这个294个氨基酸的多肽有可能形成螺旋-转角-螺旋结构，这种结构是蛋白质与DNA结合的基本单位〔5〕，基因调控蛋白就是通过这种单位与DNA结合，识别特定的DNA序列，调控基因的表达，因此推测梨中AGP的这一 294个氨基酸的多肽有可能是作为基因调控蛋白在体细胞胚发生中起作用。在烟草中已得到AGPs的三种cDNA(AGPNa1, AGPNa2和AGPNa3)，AGPNa1编码一个132个氨基酸的多肽，这种多肽的分布范围和氨基酸组成与梨中的294个氨基酸的多肽相似；AGPNa2的cDNA编码一个437个氨基酸的多肽，这种多肽含有两个特殊区域，其中富含Pro区域的组成和氨基酸序列与典型的AGP主链相似；AGPNa3编码一个由三个区域组成的169个氨基酸的多肽；进一步研究发现在烟草胚性培养物中有AGPNa1和AGPNa2的表达，而AGPNa3只在成熟组织中表达。有学者鉴定并克隆了白云杉体细胞胚发生中三个热激蛋白（HSPs）基因的cDNA，这三个基因的cDNA具有同源性序列，不仅对热胁迫表现较强的反应，而且ABA和聚乙二醇等因子也能诱导该基因的表达，在胚性愈伤组织中有两种HSPs基因的转录随着体细胞胚的发育而增加，但到形成幼苗时几乎检测不到这两种基因表达〔13〕，因此认为这两种HSPs基因的表达与体细胞胚的发生、发育有关；他们还观察到白云杉体细胞胚发生中有丰富的mRNA表达，从子叶胚中分离出28个cDNAs，这些cDNAs编码不同的产物〔14〕，显然这些基因是在体细胞胚发育晚期表达的。白云杉的成熟体细胞胚中存在蛋白贮藏液泡（PSVs），[1] [2] 下一页
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