拟南芥表皮毛发育的分子机制.pdf

植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2011, 46 (1): 119–127, doi: 10.3724/SP.J.1259.2011.00119 ·专题论坛· 拟南芥表皮毛发育的分子机制 高英1*, 郭建强2, 赵金凤3 1中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081; 2北京市农林科学院, 北京 100097 3北京生命科学研究所, 北京 102206 摘要 拟南芥(Arabidopsis thaliana)表皮毛是存在于地上部分表皮组织的一种特化的、典型的单细胞结构。近几年, 对其 发育的分子调控机制的研究取得了很大进展, 已克隆出大量的控制表皮毛不同发育阶段的基因, 通过对这些基因的功能解 析揭示出表皮毛发育及生长调节的内在分子机制。该文对拟南芥表皮毛发育的最新研究进展进行综述, 并展望了关于表皮 毛的研究方向及潜在的应用价值。 关键词 拟南芥, 分子机制, 转录因子, 表皮毛 高英, 郭建强, 赵金凤 (2011). 拟南芥表皮毛发育的分子机制. 植物学报 46, 119–127. 表皮毛(trichome)是大多数植物地上部分表皮组 表皮毛的形态和密度有很大差异, 莲座叶表皮毛有 织所特有的一种结构, 其形态多种多样, 可以由单细 3–4个分支, 而茎生叶表皮毛的分支数较少, 茎上的 胞构成, 也可以由多个细胞构成; 有的具有分支, 有 表皮毛没有分支。拟南芥表皮毛虽然不分泌化学物质, 的则不具有分支; 有的有腺体, 有的则无腺体(Payne 但可以阻碍草食动物的侵害(Szymanski et al., et al., 1999; 普莉等, 2003)。作为植物组织表面的表 2000)。拟南芥表皮毛作为一种特化的、典型的单细 皮毛, 它的主要功能是增加表皮层厚度, 以减少热量 胞结构, 可作为一种很好的模式系统来研究细胞命运 和水分的散失; 同时它还保护植物免受昆虫和病原体 决定、细胞周期调控、细胞极性以及细胞增大等细胞 的侵害以及降低机械损伤和紫外光伤害等 分化方面的问题。近几年, 对其发育的分子机制研究 (Szymanski et al., 2000)。此外, 一些类型的表皮毛 取得了很大进展, 本文将对这些研究进展进行较为详 也有重要的经济价值, 比如棉花(Gossypium spp.)胚 尽的阐述。 珠的表皮毛——棉纤维, 是纺织工业中最重要的天然 纤维。中国蕨类植物蜈蚣草(Pteris vittata)的表皮毛在 1 拟南芥表皮毛发育 其大量吸收重金属砷方面起着非常重要的作用, 研究 发现, 砷在蜈蚣草羽状表皮毛中的含量最高, 在羽状 目前对拟南芥表皮毛发育的研究主要集中在莲座叶 表皮毛中其相对重量分别是表皮细胞和叶肉细胞的 上的表皮毛, 它们由新叶基部快速分裂的原表皮细胞 2.4和3.9倍。此研究结果暗示, 表皮毛具有高度吸收 发育而来(Marks, 1997; Hulskamp et al., 1999; 重金属化学元素的能力, 这无疑对提高土壤重金属污 Larkin et al., 2003)。拟南芥叶片表皮毛的发生过程与 染的主动防御以及新防御措施的开发利用有重要的 整个细胞的发育及核内DNA再复制有关(Payne