细胞分裂素信号转导的分子遗传学机理

细胞分裂素在植物生长和发育过程中通过调节细胞分裂和细胞分化起着非常重要的作用。尽管经过几十年的 生物 化学和遗传学研究，对细胞激动素作用机制和信号转导途径的了解仍极为有限。我们采用一个新颖的功能获得性遗传筛选系统，已分离鉴定了数个拟南芥的细胞分裂素信号转导突变体（pga突变体）[1]。pga属于条件性功能性获得性突变，其靶位基因的表达受到化学诱导剂（哺乳动物雌激素；雌激素对植物的正常生长发育无可检测到的影响）的控制，因而其表型也受到诱导剂的控制。 我们对pga22突变体进行了系统而详尽的研究。在正常培养条件下，pga22突变体表现为野生型表型，但在雌激素培养基上则表现出典型的细胞分裂素表型（图1）。PGA22基因编码一个isopentenyl transferase（IPT8），与农杆菌的ipt酶大约享有12%的同源性。在pga22突变体中，PGA22/IPT8基因受雌激素诱导而过量表达。在农杆菌中，ipt酶催化合成细胞分裂素的关键前体iPMP，是细胞分裂素 生物 合成途径中的第一个限速酶。虽然类似的合成途径也可能存在于植物细胞中，但长期以来一直缺乏遗传学和生物化学的实验证据。与农杆菌的ipt微弱同源的拟南芥IPT8是否具有类似的生物学功能呢？为此，我们通过质谱技术分析比较了野生型和pga22植物中细胞分裂素合成途径中主要前体的含量。在pga22突变体中，iPMP和iPA（iPA经非限速反应由iPMP合成）的含量分别增加了19和38倍。上述结果证明，PGA22是一个功能性的IPT酶，具有与农杆菌ipt酶相似的生物学活性，从而证实了细胞分裂素生物合成途径是高度保守的。这项研究为植物细胞中细胞分裂素生物合成第一次提供了遗传学证据[2]。

由于 pga22位于细胞分裂素信号转导途径的上游。因此，位于其下游关键组分的突变则可以抑制 pga22的突变表型。基于此，我们筛选了 pga22突变体的抑制子突变（命名为soi；图2）。通过对上述突变体的研究，我们将力求阐明细胞分裂素信号转导的遗传学和分子机理。

图1 pga22突变体表型。最左侧的植株为未加诱导剂的对照（相当于野生型）。