摘要: 温度是影响植物生长发育的主要环境因子之一，植物演化出了一系列的抗寒机制，使它们能够在生理和分子水平适应低温胁迫。干细胞是植物生长发育的基础，低温会导致干细胞分裂停滞，抑制干细胞活性。在适当的条件下，植物细胞通过细胞命运转变可以转分... 展开 温度是影响植物生长发育的主要环境因子之一，植物演化出了一系列的抗寒机制，使它们能够在生理和分子水平适应低温胁迫。干细胞是植物生长发育的基础，低温会导致干细胞分裂停滞，抑制干细胞活性。在适当的条件下，植物细胞通过细胞命运转变可以转分化形成新的干细胞，比如离体的植物组织或器官经过组织培养能再生出完整的植株。组织培养的第一步是诱导外植体转变为多能性的愈伤组织，然后在细胞分裂素诱导下转变成芽，或者在生长素诱导下转变成根。愈伤组织的中间层细胞有类似于静止中心（Quiescent Center，QC）的属性，表达了WUSCHEL RELATED HOMEOBOX 5（WOX5）、WOX7、PLETHORA 1（PLT1）、PLT2、SCARECROW（SCR）等干细胞相关转录因子。这些根原基属性基因是愈伤组织具有再生潜能的基础。然而，目前对低温影响愈伤组织的再生潜能的细胞学基础知之甚少，也不清楚低温影响器官再生的分子机制。 为了探究低温对愈伤组织的影响，我们选择了以拟南芥下胚轴为外植体的愈伤组织再生体系，分别在愈伤组织诱导和器官再生阶段进行了4℃处理。在愈伤组织诱导的不同时间点进行4℃处理导致不定芽再生能力显著下降，14天冷处理甚至导致愈伤组织无法再生不定芽。4℃处理在不同程度上改变了根原基属性基因的表达，其中SCR在4℃处理14天后显著下调，表明低温处理可能抑制了愈伤组织的细胞多能性。冷处理导致的愈伤组织芽再生缺陷伴随着细胞分裂素响应能力的改变，WUSCHEL (WUS）、SHOOT MERISTEMLESS (STM) 和CLAVATA3 （CLV3）等芽属性基因无法正常上调。遗传学实验表明，解除细胞分裂素信号途径的负反馈或着增强细胞分裂素信号途径都可以促进愈伤组织低温处理后的不定芽再生，表明低温可能抑制细胞分裂素信号转导，进而改变愈伤组织的再生能力。 愈伤组织在芽诱导阶段受到细胞分裂素诱导，细胞命运从根原基属性转变为芽原基属性。在SIM（shoot-inducing medium）早期（0-4d），冷处理14天显著 抑制愈伤组织芽再生，在SIM后期（4-6d），冷处理14天几乎不能抑制芽再生，表明细胞命运转变的过程伴随抗冷能力的增强。类似 CIM （ callus-inducing medium）阶段冷处理的结果，低温处理显著抑制SIM早期的细胞分裂素响应和细胞命运转变，而在芽原基建成后，低温不能逆转芽属性基因的表达。类似于拟南芥，烟草叶片外植体向不定芽的转变过程也受到低温的显著抑制，暗示低温抑制细胞命运转变可能是进化保守的。 实验结果表明，低温可能通过细胞分裂素途径影响愈伤组织的细胞多能性和细胞命运转变。 收起