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叶原基起始于顶端分生组织的周缘区,随后发育成具有极性的叶片。叶片的背-腹轴(近-远轴)极性建成是扁平叶片形成的基础。多个转录因子和小RNA在近轴或远轴区域特异表达,从而调控近-远轴极性建成。但是这些基因的表达为何呈现极性分布仍然还是一个未解之谜。本研究利用活体成像技术跟踪近轴面特异表达的转录因子REV,中间区域特异表达的转录因子WOX以及远轴面特异表达的转录因子KAN1在叶原基起始前后的动态表达,发现它们在叶原基形成前在分生组织周缘区已经有极性定位。此外,活体成像结果显示近远轴区域是一个动态变化的过程,表明在早期叶原基中这两个区域并不是固定不变的。因此,在后期稍大的叶原基中细胞命运可能会发生转变,尽管叶片极性基因表达的prepattern已经存在。KAN1在SAM周缘区近似于一个圈的表达表明KAN1本身并不预示着叶原基的起始,但是给叶原基的起始界定了一个边界。REV的高表达限制在叶原基起始的部位而在叶原基与叶原基之间却没有表达,所以REV的表达不仅与叶原基的起始有关而且提前定义了叶原基的近轴面区域。而生长素表达的高点是叶原基起始的前提条件,所以REV的高表达和WOX3的表达可能是响应于生长素的。在转基因植物pCLV3::DRN中,茎尖分生组织区域变小,并且REV和KAN1的极性表达变为遍布整个分生组织的表达。与此对应,叶片发育为近-远轴向缺失,呈远轴面化的棒状或者针状叶。维持分生组织活性的关键转录因子WUS可以抑制KAN1,暗示WUS可能参与KAN1等基因极性表达的建立。WUS的功能缺失突变体wus-1和过表达突变体pga6中存在叶片极性表型,wus-1中出现叶片远轴面化表型,pga6中出现叶片近轴面化的表型。 植物激素生长素和细胞分裂素是重要的植物生长调节因子。本实验室之前的研究表明,叶片发育早期近轴面生长素浓度低于远轴面。本研究发现在近轴面过表达不依赖于生长素异位激活型生长素信号通路下游转录因子 auxin response factor5(称为MPdelta3),导致叶片呈现远轴面化。除了生长素以外,在近轴面或远轴面升高或者降低细胞分裂素浓度能够导致敏感基因型(as2-2)出现远轴面化的叶片。 综上所述,本研究揭示了:(1)叶片近远轴极性相关基因的表达在叶原基起始之前;(2)叶片近远轴极性的细胞命运在叶原基早期是一个动态变化的过程;(3)叶片失去近远轴极性的突变体其极性基因早期预表达模式紊乱;(4)叶片生长素浓度呈现近轴面低远轴面高的梯度分布模式,打破这种模式,叶片会失去近远轴极性;(5)细胞分裂素会影响叶片极性的建成。