植物葉發(fā)育的分子機(jī)理

1、植物葉發(fā)育的分子機(jī)理嚴(yán)松，嚴(yán)長(zhǎng)杰，顧銘洪揚(yáng)州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，江蘇省作物遺傳生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，教育部植物功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，揚(yáng)州225009眾多轉(zhuǎn)錄因子、小分子RNA以及生長(zhǎng)素 文章綜述了近年來 葉發(fā)育和形態(tài)建成的分子機(jī)制摘要：葉是植物進(jìn)行光合作用和蒸騰作用的主要場(chǎng)所，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有重要的作用。葉的發(fā)育包括葉原基的形成和極性的建立，大量研究表明，葉發(fā)育建成受到眾多轉(zhuǎn)錄因子、小分子RNA以及生長(zhǎng)素等因子的調(diào)控。文章綜述了近年來葉發(fā)育和形態(tài)建成的分子機(jī)制研究進(jìn)展,以期了解葉發(fā)育的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵詞：葉發(fā)育；形態(tài)建成；基因調(diào)控MolecularmechanismofleafdevelopmentYA

2、NSong,YANChang-Jie,GUMing-HongTheKeyLaboratoryforPlantFunctionalGenomics,MinistryofEducation;TheJiangsuProvinceKeyLaboratoryofCropPhysiologyandGenetics;AgriculturalCollege,YangzhouUniversity,Yangzhou225009,JiangsuAbstract:Leafplaysimportantrolesduringplantdevelopmentfortheirfunctionofphotosynthesisa

3、ndtranspiration.Leafdevelopmentincludesinitiationofleafprimordiumandestablishmentofleafpolarity.Variousstudiesindicatethatleafdevelopmentiscontrolledthroughtheinteractionoftranscriptionfactors,smallRNAsandauxin.Thisreviewfocusesonrecentadvancesinstudyingonleafdevelopmentandmorphogenesis,andprovidesi

4、nformationontheregulationnetworkintheprocess.Keywords:leafdevelopment;morphogenesis;generegulation葉是植物進(jìn)行光合作用的主要器官，對(duì)植物的生命活動(dòng)起著重要的作用。葉的發(fā)育是植物形態(tài)建成的一個(gè)重要方面，與植物株型的形成密切相關(guān)。探明葉的發(fā)育機(jī)理，不僅能使我們更多地了解植物葉的發(fā)育機(jī)制，而且能幫助我們通寸牛物設(shè)計(jì)對(duì)株型進(jìn)行改良。因此，對(duì)葉發(fā)育機(jī)理進(jìn)行深入的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。葉的形態(tài)構(gòu)造看起來很簡(jiǎn)單，但其發(fā)育的調(diào)控機(jī)理卻十分復(fù)雜。決定葉的發(fā)育進(jìn)程主要有兩個(gè)因素：環(huán)境因素和植物體內(nèi)嚴(yán)格的遺

5、傳調(diào)控，但這些因素的作用并不是孤立的，它們之間有著錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，共同影響葉的發(fā)育。從發(fā)育進(jìn)程看，葉的發(fā)育包括葉原基在莖頂端分生組織（Shootapicalmeristem,SAM）形成和分化，以及之后從葉原基分化出來的葉片的發(fā)育。葉片的形態(tài)包括葉形、葉尖、葉緣、葉基和葉脈等外部特征。典型的成熟單葉（相對(duì)于復(fù)葉而言）有3個(gè)不對(duì)稱軸：基-頂軸（由葉的基部指向尖部）;腹-背軸（亦稱近-遠(yuǎn)軸，面向莖的為近軸面，背向莖的為遠(yuǎn)軸面）和中-邊軸（從葉的主脈指向邊緣）。體內(nèi)的遺傳機(jī)制和體外的環(huán)境因子正是沿著這3個(gè)軸向來調(diào)控葉的發(fā)育和形態(tài)建成的工近年來，隨著分子生物學(xué)手段和突變體研究技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各國(guó)科學(xué)家

6、借助于雙子葉植物擬南芥、金魚草和單子葉植物玉米等一些模式植物廣泛地進(jìn)行了葉發(fā)育的研究，取得了一系列重要進(jìn)展。1葉原基的發(fā)育SAM是葉和莖組織的發(fā)源地3,幺。在sam的中央,有一團(tuán)緩慢分裂的細(xì)胞，組成SAM的中心區(qū)。這些細(xì)胞始終處于非分化的狀態(tài),具有持續(xù)分裂能力，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的干細(xì)胞。在SAM中心區(qū)的外圍，細(xì)胞分裂的速度明顯加快，這些快速分裂的細(xì)胞，組成了SAM的周邊區(qū)。在周邊區(qū)里，有一些成簇的細(xì)胞性質(zhì)開始發(fā)生變化，這些細(xì)胞稱之為起始細(xì)胞”（Foundercell）。起始細(xì)胞的分裂速度非?？?，側(cè)生器官的原基就是通過起始細(xì)胞的分裂形成的區(qū)。目前，擬南芥、玉米和金魚草的分子遺傳學(xué)研究，已經(jīng)揭示了葉

7、原基發(fā)育的兩個(gè)機(jī)制（圖1）。圖1葉原基發(fā)育的調(diào)控因子示意圖闡PIN1信號(hào)分布在分生組織（m>j外表皮細(xì)胞中，引導(dǎo)生長(zhǎng)素向分生組織的頂端運(yùn)輸（虛線箭頭所示）oKNOX基因在整個(gè)SAM中表達(dá)，而且受生長(zhǎng)素調(diào)節(jié)在葉原基形成過程中，生長(zhǎng)素和AS1共同抑制KNOX基因家族的BP基因，促進(jìn)葉的發(fā)育。此外AS1負(fù)調(diào)控KNOX基因家族的KANT2和KANT6的表達(dá)，但這兩個(gè)KNOX基因與生長(zhǎng)素活性的關(guān)系仍不大清楚。KNOX基因家族的STM負(fù)調(diào)控AS1的表達(dá)。T標(biāo)識(shí)表示負(fù)調(diào)控。Fig.1Acartoondepictingthefactorscontrollingleafinitiation28PIN1is

8、localizedintheepidermalcellsofthemeristem（m）andinvolvedinthetransportofauxinfluxtotheapicalcellsofthemeristem.KNOXgenesareexpressedthroughouttheSAManddown-regulatedinresponsetoauxin.BPgeneisoneofKNOXfamilyanditsexpressionisrepressedbyAuxinandAS1,andleafdevelopmentispromotedthroughthisrepression.Othe

9、rtwoKNOXgenes,KANT2andKANT6,arealsonegativelyregulatedbyAS1,however,theregulationofthesetwogeneswithauxinistobeclarified.Tbarsindicatenegativeregulation.第一個(gè)機(jī)制是KNOX(KNOTTED1-likehomeobox)家族的基因?qū)AM的維持，這個(gè)過程牽涉至UKNOX與含MYB結(jié)合域的ARP蛋白ASYMMETRICLEAVES1(AS1),ROUGHSHEATH2(RS2),PHANTASTICA(PHAN)的相互抑制16二1豆。在單子葉和雙

10、子葉植物中,KNOX基因都參與了SAM的維持。擬南芥中在SAM中表達(dá)的KNOX基因有4個(gè)：KNAT1、KNAT2、KNAT6和STM1121。水稻中已報(bào)道的KNOX基因有10個(gè):Oskn2、Oskn3、OSH1(OryzasativaHomeobox1)、OSH3、OSH6、OSH10、OSH15、OSH16、OSH43和OSH71n3181。如果這些基因持續(xù)表達(dá),SAM的特征將會(huì)一直保持下去，但是在隨后的葉原基發(fā)育和葉片發(fā)育過程中，KNOX基因在SAM中一直處于沉默狀態(tài)，因?yàn)樗鼈兪艿搅薃RP蛋白以及它們的輔助因子蛋白，即LATERALORGANBOUNDARIES(LOB)一類的AS2蛋白的

11、抑制。另一個(gè)機(jī)制是，PIN-FORMED1(PIN1)和PINOID(PID)控制葉邊界的形成，但它們并不是SAM形成和維持所必需的基因。利用呷咪類生長(zhǎng)素處理葉原基局部的頂端分生組織時(shí)，生長(zhǎng)素的運(yùn)輸受到PIN1和PID的調(diào)節(jié)，從而引起葉的分界(Leafdelimitation)1923。擬南芥pin1突變體的子葉常融合在一起或表現(xiàn)其它變形、部分葉片寬大、葉序紊亂而且花序呈針狀排列，它的表型是由生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸過程中的外運(yùn)載體PIN1失活所造成的磔1。在pig花原基的分生組織側(cè)面點(diǎn)施IAA,該處能夠長(zhǎng)出一個(gè)新的花原基；在分生組織中心點(diǎn)施IAA,花原基會(huì)以此為中心形成一個(gè)環(huán)狀分界©。PID

12、在子葉原基的邊界表達(dá)，它的轉(zhuǎn)錄受外源生長(zhǎng)素誘導(dǎo)影響。pid突變體子葉表型與pin1相似，但與pin1不同的是，pid子葉融合的情形較少，突變體大多表現(xiàn)子葉數(shù)目增加或減少，從而破壞子葉的對(duì)稱發(fā)育。pin1pid雙突變體子葉完全消失，但SAM的功能正常，能夠形成葉原基，然而這些葉原基卻表現(xiàn)葉序異常，而且多彼此融合國(guó)。這兩個(gè)基因的功能研究表明，PIN1和PID作用冗余,它們不僅控制葉的邊界形成，而且調(diào)控子葉的生長(zhǎng)發(fā)育。最近的研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)素和ARP/KNOX蛋白在葉發(fā)育中的作用途徑是相互聯(lián)系的。在器官特化早期，PIN1和KNOX基因在SAM中表達(dá)的區(qū)域幾乎互為補(bǔ)充世。此外，生長(zhǎng)素信號(hào)或PIN1活性受

13、KNOX基因家族的BP(BREVIPEDICELLUS)基因表達(dá)的負(fù)調(diào)控,說明KNOX基因的表達(dá)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸24淖；亦有研究表明，生長(zhǎng)素的積累會(huì)抑制KNOX基因，如SHOOTMERISTEMLESS(STM)基因固，因而推測(cè),KNOX蛋白和生長(zhǎng)素通過相互作用建立了一個(gè)反饋環(huán)，兩者之間的平衡關(guān)系影響了葉分生組織的分界。近來研究發(fā)現(xiàn)，STM基因的表達(dá)直接受到PcG(Polycombgroup)家族蛋白CURLYLEAF(CLF)和SWINGER(SWN)的抑制，而這兩個(gè)蛋白具有組蛋白轉(zhuǎn)甲基酶活性，說明KNOX的表達(dá)調(diào)控也存在表觀遺傳因素組。2基-頂軸(Proximo-distalaxis)

14、發(fā)育在雙子葉植物煙草和擬南芥中，營(yíng)養(yǎng)葉包括遠(yuǎn)端的葉片和靠近基部的葉柄。在單子葉植物玉米和水稻中，葉包括遠(yuǎn)端的葉片和靠近基部的葉鞘。玉米、水稻的葉片與葉鞘的分界是葉環(huán)，以對(duì)應(yīng)于該位置生長(zhǎng)的葉舌及其兩邊的葉耳為顯著標(biāo)志。玉米中已發(fā)現(xiàn)了不少葉舌不發(fā)育或發(fā)育不正常的突變體，liguleless1(lg1)突變體在苗期葉舌發(fā)育與野生型沒有顯著差異，成熟葉片的葉舌顯著變短甚至完全消失電，它的表型是細(xì)胞自發(fā)的30k。LG1編碼一個(gè)SPL(SQUAMOSApromoter-bindingprotein-like)蛋白，主要在剛發(fā)育葉的葉舌區(qū)表達(dá)皿。水稻中的同源基因OsLG1與LG1具有相似的功能皿。玉米lig

15、uleless2(lg2)突變體一般沒有葉舌和葉耳，或葉環(huán)發(fā)育不正常、葉舌和葉耳異位發(fā)育。LG2編碼一個(gè)堿性亮氨酸拉鏈蛋白，它的表達(dá)時(shí)間比LG1早，可能決定幼葉原基的葉環(huán)的正確起始33-olg2的表型是非細(xì)胞自發(fā)的，對(duì)lg1lg2雙突變體的分析表明，兩者可能在同一個(gè)代謝途徑中發(fā)揮功能皿。盡管KNOX基因在SAM中表達(dá)，在葉原基中不表達(dá)，但它們能影響葉片基-頂軸的發(fā)育田1o玉米liguleless3-O(lg3-O)是一個(gè)半顯性突變體，其葉片的中脈區(qū)域異化成了葉鞘。LG3是KNOX基因家族成員之一，在早期葉發(fā)育過程中發(fā)生異位表達(dá)而使葉片發(fā)育成葉鞘純。水稻中KNOX的同源基因有OSH1、OSH6、

16、OSH15、OSH16、OSH43、OSH71、Oskn2和Oskn3,它們的突變體表型都發(fā)生葉鞘向葉片的延伸；或者葉耳/葉舌也發(fā)生移位，出現(xiàn)在葉片的腹面但反。目前關(guān)于KNOX基因在葉片與葉鞘分界處發(fā)生異常表達(dá)的具體通路尚不清楚。3腹-背軸(Adaxial-abaxialaxis)發(fā)育葉的腹-背軸非對(duì)稱發(fā)育是葉發(fā)育中非常關(guān)鍵的過程之一。第一個(gè)與腹-背軸分化有關(guān)的突變體是金魚草突變體phantastica(phan)96。phan突變體在較早生長(zhǎng)的葉片(葉位較低的葉)腹面出現(xiàn)一些成簇的帶有背面特征的細(xì)胞；在后期生長(zhǎng)出來的一些葉中，葉的細(xì)胞特征完全背面化，形成針狀葉。PHAN基因編碼一個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄

17、因子，在葉原基中表達(dá)。但是PHAN本身并不提供腹-背軸信息，而是在建立腹-背軸極性的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，同其他蛋白(如AS2)相互作用形成空間限制性表達(dá)模式。近年來，通過遺傳學(xué)方法研究發(fā)現(xiàn)，腹-背軸極性的建立受到多層調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的作用，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)涉及了眾多的轉(zhuǎn)錄因子、小分子RNA(microRNA,miRNA;trans-actingshort-interferingRNA,ta-siRNA)、生長(zhǎng)素以及26S蛋白酶體降解的作用，它們之間的互作十分復(fù)雜，而且這些互作在不同種屬間的差異仍不大明了。目前的研究表明，葉的腹-背軸發(fā)育受到以下5種通路或因子的調(diào)控。3.1 miRNA165/166調(diào)控HD-ZIP

18、m基因的表達(dá)HD-ZIPm(ClassmHomeodomain-leucineZipper)基因是葉腹向發(fā)育的關(guān)鍵基因，它們?cè)谌~的腹面表達(dá)，并在轉(zhuǎn)錄后受到miRNA的調(diào)控3742。擬南芥中獲得功能型突變體PHABULOSA(PHB),PHAVOLUTA(PHV)和REVOLUTA(REV)的側(cè)生器官者B表現(xiàn)腹面化,PHB、PHV和REV基因都編碼HD-ZIPm蛋白，它們最初在SAM和整個(gè)葉原基中表達(dá)，隨后在葉原基的腹面區(qū)域表達(dá)j37T。這些基因都有一段與miRNA165/166互補(bǔ)的序列也*,它們的顯性突變都破壞了miRNA的結(jié)合位點(diǎn)37,39,43,44。玉米中的不完全顯性卷葉突變體Roll

19、edleaf1-Original(Rld1-O),其葉片表現(xiàn)內(nèi)卷；Rld1-O是REV的同源基因，編碼HD-ZIPm蛋白。在突變體中，由于Rld1-O與miRNA166的匹配序列中發(fā)生了一個(gè)單核甘酸突變(G-A),導(dǎo)致miRNA166不能正常介導(dǎo)Rld1-OmRNA的切割，使得rld1編碼的蛋白在葉背面持續(xù)表達(dá)，從而引起葉片向腹面卷曲磔蟲。除了發(fā)現(xiàn)HD-ZIP田家族成員與miRNA結(jié)合的靶位點(diǎn)發(fā)生突變，使miRNA不能調(diào)控靶基因，導(dǎo)致葉的腹-背軸極性發(fā)生變化外，人們還發(fā)現(xiàn)參與miRNA剪接復(fù)合體形成的相關(guān)蛋白的變化也會(huì)影響葉的極性發(fā)育。例如,擬南芥ARGONAUTEI(AGOI)基因突變后,m

20、iRNA165在葉的腹面發(fā)生了異位表達(dá)，導(dǎo)致PHB基因表達(dá)的空間特征也發(fā)生了變化，從而使得葉的軸性發(fā)生改變也。此外有研究表明，某些基因的突變?nèi)绻蓴_了miRNA的合成和積累，也會(huì)影響葉的腹背軸發(fā)育。擬南芥SERRATE(SE)基因編碼鋅指環(huán)蛋白,它通過調(diào)控miRNA166的合成來影響HD-ZIPm家族的PHB基因的表達(dá)。SE基因突變后能破壞miRNA165/166的生物合成，從而導(dǎo)致分生組織增大、葉片腹向化47，可見miRNA對(duì)HD-ZIPm的調(diào)控也有助于協(xié)調(diào)SAM的發(fā)育和葉原基的分化。3.2 KANADI與HD-ZIP田相互抑制并調(diào)控YABBY的表達(dá)KANADI(KAN)和YABBY(YAB

21、)基因是葉背向發(fā)育所必需的基因，它們分別編碼GARP和HMG轉(zhuǎn)錄因子，KAN和YAB都屬于小的基因家族也包。KAN和決定腹面屬性的HD-ZIP田基因的表達(dá)具有相互抑制的作用的血，并調(diào)控YAB基因的表達(dá)四。目前，KAN家族已經(jīng)報(bào)道了四個(gè)成員，其中KAN1、KAN2和KAN3與葉背面的極性分化有關(guān)的包1,kan4只影響子葉的發(fā)育，kan4突變體的胚珠發(fā)育異常陋國(guó)。kan1或kan2突變體植株沒有明顯的表型變化皿，但是kan1kan2雙突變體的花器官明顯腹向化，而且葉片的背面出現(xiàn)一些類似葉片的器官，kan1kan2kan3三突變體除葉片遠(yuǎn)端的末梢正常外，整個(gè)葉片呈輻射狀，表現(xiàn)為完全腹向化四，表明KA

22、N1、KAN2和KAN3作用冗余。kan1kan2kan4E突變體葉的表型與kan1kan2雙突變體相似，與kan1kan2kan3三突變體不同，另外,kan1kan2kan3kan4S突變體白表型是kan1kan2kan3f口kan1kan2kan4W個(gè)三突變體表型的結(jié)合，表明KAN4與KAN1KAN2作用部分重疊，而KAN3與KAN4具有不同的功能，且作用不重疊電。在擬南芥中，YAB家族有六個(gè)緊密相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，其中的YAB2、YAB3和FILAMENTOUSFLOWER(FIL)3個(gè)基因參與雙子葉的葉背面屬性的建立幽。但是，比較單子葉和雙子葉植物中YAB基因的表達(dá)模式發(fā)現(xiàn)，單子葉植物中的

23、YAB基因表達(dá)不同于雙子葉。玉米中兩個(gè)YAB基因yabby9(zyb9)和zyb14在葉原基的腹面區(qū)域表達(dá)的；水稻中已經(jīng)報(bào)道了4個(gè)YAB基因：下垂葉基因DROOPINGLEAF(DL)、YAB1、YAB3和OsYAB4,它們都不參與葉片的極性發(fā)育55迦，DL調(diào)控心皮的同一性并通過促進(jìn)水稻葉片中央?yún)^(qū)域的細(xì)胞增殖來調(diào)控中脈的形成,dl突變體的心皮轉(zhuǎn)化成了雄蕊而且葉片的中脈缺失55,YAB1的共抑制植株表現(xiàn)穎花發(fā)育異常而且葉片背向卷曲成筒狀理，YAB3#與葉片發(fā)育但不影響極性，YAB3的RNA干涉植株葉片表現(xiàn)扭曲、多節(jié),而且葉舌葉耳缺失四,OsYAB4主要在維管組織中表達(dá)；小麥中的TaYABI也不參

24、與葉片的極性發(fā)育，但是它在擬南芥中的異位表達(dá)能引起葉片發(fā)生部分背向化皿。由此看出，YAB基因在雙子葉植物中的表達(dá)模式保守，而在單子葉植物中，YAB基因只影響側(cè)生器官的生長(zhǎng)但不決定細(xì)胞的軸性分化。3.3 ta-siRNA通過AGO7的作用調(diào)控ARF3/ARF4的表達(dá)生長(zhǎng)素活性組分不僅決定葉原基的起始，而且也參與了葉片極性的建立。生長(zhǎng)素響應(yīng)因子ARF3(AUXINRESPONSEFACTOR3,亦稱ETTIN)和ARF4(ARF3的同源基因)的功能與KAN家族基因的功能相似，都在葉的背面表達(dá)。擬南芥ARF3的突變抑制了KAN1過量表達(dá)植株中花瓣的背向化眄o在突變體af3中，腹-背軸性的轉(zhuǎn)變僅出現(xiàn)于

25、花器官中，而在af3af4雙突變體的葉和花都發(fā)生了背面向腹面的轉(zhuǎn)化，雙突變體的表型類似于kan突變體。單獨(dú)過量表達(dá)ARF3和ARF4不能恢復(fù)kan的表型，而且ARF3或ARF4的表達(dá)與KAN沒有相關(guān)性，表明ARF3和ARF4僅僅是促進(jìn)了KAN對(duì)PHB的抑制。ARF是生長(zhǎng)素反應(yīng)中激活或抑制轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵蛋白，ARF3和ARF4與KAN蛋白的相互作用可能將生長(zhǎng)素動(dòng)態(tài)梯度和葉片腹背性發(fā)育聯(lián)系了起來600在擬南芥中，除了一些調(diào)控葉腹-背發(fā)育基因表達(dá)的miRNA之外，還發(fā)現(xiàn)了一類新的小分子RNA也影響葉發(fā)育基因的表達(dá)，稱之為反式作用干擾小分子RNA(trans-actingshort-interfering

26、RNA,ta-siRNA)。ta-siRNA跟miRNA一樣來自基因組中特定基因的轉(zhuǎn)錄，但與miRNA不同的是，ta-siRNA的前體與普通的mRNA相同，不像miRNA的前體那樣形成發(fā)火”結(jié)構(gòu)。這種ta-siRNA的轉(zhuǎn)錄本不翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)，只能在一些酶的參與下被加工形成小分子RNA,加工后的ta-siRNA會(huì)彳象miRNA那樣作用于與之堿基配對(duì)的靶基因61,62mRNAo目前，在擬南芥已鑒定出5個(gè)編碼ta-siRNA的基因：TAS1a、TAS1b、TAS1c、TAS2ffiTASaF,其中僅TAS3產(chǎn)生的ta-siRNA參與葉的極性發(fā)育。由TAS3ta-siRNA衍生的ta-siR2141和

27、ta-siR2142(后稱為tasiR-ARF)調(diào)控ARF3和ARF4的表達(dá)62-671。Adenot等64研究發(fā)現(xiàn)，TAS3ta-siRNA控制葉的極性發(fā)育是通過AGO7蛋白的作用來實(shí)現(xiàn)的,ago7(zip)突變體葉片表現(xiàn)背向卷曲。水稻中的卷葉基因OsAGO7,是擬南芥AGO7的同源基因,過量表達(dá)OsAGO7能引起葉片腹向卷曲68-0玉米LEAFBLADELESSI(LBLI)是ta-siRNA生物合成所必需的基因，lbl1突變體葉片表現(xiàn)為顯著背向化的針狀葉翹，它在擬南芥中的同源基因SUPPRESSOROFGENESILENGING(SGS3,同樣是ta-siRNA生物合成所必需的基因，但是

28、SGS3的突變卻沒有引起葉片極性的變化皿。最新的研究發(fā)現(xiàn)，ta-siRNA也調(diào)控miRNA165/166的表達(dá)，由此提出了一種新的軸型形成機(jī)制(mechanismofaxialpatterning),即HD-ZIPin基因的表達(dá)需經(jīng)歷連續(xù)兩次小分子RNA的調(diào)控：ta-siRNA-miRNA165/166-HD-ZIP出。3.4 AS1/AS2調(diào)控HD-ZIPm和YABBY在葉原基中表達(dá)的AS1/AS2除了具有抑制KNOX基因表達(dá)的功能，它們也正調(diào)控HD-ZIPm基因，并抑制YAB基因的表達(dá)，從而促進(jìn)葉的腹向發(fā)育回另外，RNA-dependentRNApolymerasesRdRPs)在真核生物

29、的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后基因沉默過程中起著重要的作用，但其在植物發(fā)育過程中的作用卻知之甚少。擬南芥RNA-DependentRNAPolymerase6(RDR6)基因(或稱為SDE1和SGS2)與AS1/AS2通過抑制BREVIPEDICELLUS(BP)和miRNA165/166的表達(dá)來共同調(diào)控葉的發(fā)育72衛(wèi)。3.5 26S蛋白酶體的蛋白降解作用近來研究發(fā)現(xiàn)，26S蛋白酶體的蛋白降解功能也是葉的腹面屬性建立所必需的。Huang等74在擬南芥中篩選到一個(gè)能加重as1/as2突變表型白突變體ae3,ae3突變體表型略顯畸形一些出現(xiàn)早的葉片表現(xiàn)為背面化的細(xì)長(zhǎng)蓮座葉，ae3as1和ae3as2兩個(gè)雙突變體表

30、型相似，葉片的腹面屬性均部分喪失，表現(xiàn)為嚴(yán)重背面化的蓮座葉或針狀葉，這種雙突變體和單突變體表型的差異說明這3個(gè)基因或蛋白之間存在著相互作用的關(guān)系。AE3編碼26S蛋白酶體的亞基RPN8a,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)26S蛋白酶體的其他部分亞基突變后也可加重as2的表型,說明26S蛋白酶體的蛋白降解功能影響葉片腹面發(fā)育，因而揭示了翻譯后水平的調(diào)控在葉形態(tài)建成中具有重要作用。4中-邊軸(Centro-lateralaxis)發(fā)育中-邊軸發(fā)育的特征是葉片沿中脈向兩側(cè)發(fā)育，中-邊軸的非對(duì)稱性在玉米葉片發(fā)育早期就很明顯，即在環(huán)狀分生組織的一側(cè)形成中脈初始原基，在另一側(cè)形成邊緣初始原基四,目前對(duì)于中-邊軸發(fā)育的機(jī)理研

31、究還較少。玉米窄葉鞘ns(narrowsheath)突變體葉片邊緣部分缺失76，但長(zhǎng)度沒有變化75,77。ns的表型是一個(gè)重復(fù)因子性狀(Duplicatefactortrait),它受控于兩個(gè)不連鎖的位點(diǎn)：ns1和ns2四，只有這兩個(gè)位點(diǎn)同時(shí)發(fā)生突變的純合株才出現(xiàn)突變表型。NS在側(cè)生器官原基的邊緣區(qū)域持續(xù)表達(dá)，NS與擬南芥PRS(Pressedflower)蛋白高度同源畫，PRS編碼一個(gè)類WUSCHEL的同源異型盒蛋白四，prs突變體無葉托，ns和prs突變引起的表型差異完全符合葉片分區(qū)和組織發(fā)生的模型(Leafzonationandhistogenesismodel)四，該模型將被子植物的葉

32、分為上下兩個(gè)區(qū)域。在雙子葉植物中，葉的上部區(qū)域生長(zhǎng)成葉片和葉柄，下部區(qū)域長(zhǎng)成葉基和葉托，而單子葉植物的葉下部區(qū)域長(zhǎng)成葉鞘和葉片，上部區(qū)域生長(zhǎng)成極簡(jiǎn)化的尖端末梢阻。根據(jù)這個(gè)模型，NS和PRS這兩個(gè)基因的作用部位并不矛盾，都是在葉的下部區(qū)域表達(dá)，說明它們?cè)趩巫尤~和雙子葉植物中的功能保守。5結(jié)語近年來，葉形態(tài)建成的分子機(jī)理研究取得了重大進(jìn)展，許多葉發(fā)育相關(guān)的關(guān)鍵基因、小分子RNA和生長(zhǎng)素等調(diào)控因子被研究揭示出來(表1),它們之間復(fù)雜的相互作用也得到了初步分析和闡述。我們發(fā)現(xiàn)，調(diào)控葉原基及軸性發(fā)育因子間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路沒有一種是專有的，比如在SAM中表達(dá)的KNOX家族基因也影響葉基-頂軸的發(fā)育，調(diào)控腹-

33、背發(fā)育的HD-ZIPm-KAN通路也受到葉原基中AS1基因表達(dá)的影響，以及生長(zhǎng)素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)影響葉片發(fā)育的全過程等等，這些結(jié)果表明各個(gè)通路之間存在著相互而緊密的聯(lián)系，它們共同調(diào)控葉的發(fā)育。目前，擬南芥中葉發(fā)育機(jī)理的研究較為深入，單子葉植物玉米的葉發(fā)育研究也有了一些出色的進(jìn)展。根據(jù)這些結(jié)果，已經(jīng)初步明確了葉發(fā)育的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，而作為主要糧食作物的水稻等植物的葉發(fā)育研究還相當(dāng)薄弱，這在一定程度上阻礙了通過分子調(diào)控葉形來達(dá)到理想株型的設(shè)想的實(shí)施。另外，已發(fā)現(xiàn)的葉發(fā)育相關(guān)調(diào)控因子在不同植物中功能的保守性，以及它們之間更清晰的作用網(wǎng)絡(luò)仍不十分明了，這是擺在我們面前的一個(gè)任務(wù)和挑戰(zhàn)。隨著基因組測(cè)序的完成、各種

34、植物豐富的葉形遺傳材料的積累以及葉發(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的逐步明晰，將有力地推動(dòng)眾多植物的葉發(fā)育機(jī)理研究，相信隨著研究的不斷深入，復(fù)雜的葉發(fā)育調(diào)控網(wǎng)絡(luò)將逐漸被理清。表1決定葉的3種極性發(fā)育的因子Table1Determinantsofthethreepolarityfateofleaves蛋白家族、蛋白酶體3個(gè)不對(duì)稱軸或小分子RNA代表成員ThreeaxesofasymmetryProteins,proteasomeorNotablememberssmallRNAfamilies基-頂軸命運(yùn)Proximo-distalfateSPL玉米(Maize):LG11311、LG2四水稻（Rice）:OsLG1

35、32KNOX玉米(Maize):LG335水稻（Rice）:oshiOSH6回、OSH15皿、OSH16回、OSH433、OSH71皿、Oskn2回、Oskn3n31腹-背軸命腹向命運(yùn)HD-ZIPm擬南介(Arabidopsis):PHB、運(yùn)AdaxialfatePHV叫REV.Adaxial-aba玉米(Maize):Rld139xialfateAS2擬南芥(Arabidopsis):AS2AGO擬南介(Arabidopsis):AGO1、AGO764水稻(rice):OsAGO768ta-siRNA擬南芥(Arabidopsis):tasiR-ARF口26SProteasome擬南芥(Ar

36、abidopsis):AE3背向命運(yùn)KANADI51擬南介(Arabidopsis):KAN1、AbaxialfateKAN250>KAN3段、KAN4螞ARF擬南芥(Arabidopsis):ARF3也0匚、ARF460YABBY擬南介(Arabidopsis):FIL、YAB2幽、YAB3膽miRNA玉米(Maize)、擬南芥(Arabidopsis)37-42miR165、miR166中-邊軸命運(yùn)WUSCHEL一,75-78玉米(Maize):NS(NS1&NS2)Centro-lateralfate擬南芥(Arabidopsis):PRS79參考文獻(xiàn)(References

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