植物在合适的体外培养条件下通过产生愈伤组织重新形成茎尖分生组织,进而再生芽和整个植株。近来的研究发现,通过适宜浓度的激素处理,模式植物拟南芥的侧根原基可以不经过愈伤组织而直接转分化形成茎尖分生组织。上述两种形成茎尖分生组织再生芽的途径在机制上有何异同,是一个十分有意义的发育生物学问题。本研究以拟南芥为材料,将外植体先后在含有生长素NAA和细胞分裂素2-iP的培养基中培养,使得经过愈伤组织的再生芽和侧根原基转分化形成的再生芽可以在同一外植体上同时发生。本研究以该体系为基础,通过细胞学、遗传学和转录组学等手段,对这两种芽再生的机理进行了初步分析,主要结果如下:形态学观察结果表明,在侧根原基来源的芽再生过程中,早期侧根原基发育,中期形成转换期器官,后期发育为茎尖分生组织;在愈伤组织来源的芽再生过程中,早期愈伤组织发育,中期形成转换期器官,后期发育为茎尖分生组织。转录组学结果显示,与根发育相关的基因在两种芽再生过程中均有表达,说明愈伤组织具有侧根原基的性质,这与前人的研究结果是一致的。进一步的分析发现,参与植物激素信号转导和合成的基因在两种途径之间表现出显著差异。其中,与生长素合成相关基因YUCCA1(YUC1)和生长素信号转导相关基因AUXIN RESPONSE FACTOR 5(ARF5)以及与干细胞维持关键基因WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 5(WOX5)在愈伤组织再生芽中的表达显著高于侧根原基转分化形成的芽,而YUC2的表达在愈伤组织再生芽中的表达显著低于侧根原基转分化形成的芽。YUC1和ARF5虽然在两种模式之间表现出相似的表达模式,但在细胞命运转变的静止期,在愈伤组织再生芽途径的表达信号明显强于侧根原基转分化途径。生长素响应信号DR5也呈现出相同的结果。干细胞维持关键调控基因WUSCHEL(WUS),以及细胞分裂素合成相关基因ISOPENTENYLTRANSFERASE 5(IPT5)和编码信号转导调控因子(ARR10)在两种途径中的表达模式一致。进一步利用arf5和yuc1两种突变体进行再生芽培养,结果发现通过愈伤组织诱导再生芽的频率均显著下调,而侧根原基转分化频率变化不明显,表明YUC1和ARF5特定地调控了愈伤组织芽的再生。本研究的结果为理解植物再生和细胞命运转化的调控机制提供了新信息,为建立新的植物离体快繁和遗传转化体系奠定了基础。