杨树不定芽诱导的ROS响应

不定芽诱导是植物离体快繁的主要方式，木本植物因生长周期长、次生代谢复杂，其再生面临巨大的挑战。活性氧(ROS)参与植物干细胞的增殖和分化，在植物再生过程中有重要作用。因此，为探究不同再生能力的木本植物在植物生长发育中的 ROS 积累规律，我们以模式植物杨树为材料，选取易再生的“南林 895”和“84k”以及不易再生的毛果杨，利用叶盘法诱导不定芽，通过对O2.-的原位染色观察ROS 的积累规律，发现不同杨树的 O2.-积累在伤口形成后以及芽萌发前一定时间都会出现峰值。例如，“南林 895”叶片在伤口形成后约第 3 天和芽点出现前约第 5 天分别出现两个O2.-浓度峰值。“84k”叶片呈现相似模式，O2.-峰值分别出现在伤口后约第 4 天和芽点前约第 5 天。毛果杨叶片在伤口形成后约第 3 天出现第1个O2.-浓度峰值，在第 7天出现了明显的褐化现象，无法形成芽点，因此使用毛果杨茎段作为实验材料，O2.-峰值分别出现在伤口后约第 5 天和芽点前约第 3 天。这些发现表明植物在第二个O2.-峰值后可能激活了清除机制。为了进一步探究ROS在植物生长发育中的积累规律，我们使用ROS激活剂过氧化氢处理，促进了不定芽诱导，而ROS抑制剂碘化钾处理则会抑制不定芽诱导，证实了ROS在植物再生过程中重要调控作用 WUSCHEL-related homeobox(WOX)基因家族。从中选取ROS积累早期显著表达的PeWOX5b和后期显著表达的PeWOX13b，构建“南林895”过表达株系，观察其在不定芽诱导期间的ROS动态。PeWOX5b和PeWOX13b的过表达株系都明显促进了愈伤组织的再生，特别是PeWOX13b显著促进了不定芽诱导，对过表达株系使用O2.-原位染色，发现在伤口形成后约4天出现第一个O2.-浓度峰值，在芽点形成前约 5 天出现第二个峰值，相比于对照组，在芽点形成处观察到更高的 ROS 积累，证明了杨树再生能力的改变与植物ROS积累规律有密切联系。本研究初步探究了ROS在植物生长发育中的响应规律，不仅为了解ROS参与木本植物再生过程提供理论基础，也为解决木本植物再生提供新的策略。