水稻的株型研究一直是水稻育种的重点。水稻的地上部分均是由茎尖分生组织发育而来，在SAM区域部分干细胞分化成侧生器官原基，侧生原基进一步发育成成熟的器官需要细胞分裂和细胞伸长两个阶段，分裂速度决定分裂数目，在器官大小方面起着决定作用，在侧生器官原基发育为成熟器官的过程中，原形成层细胞在特定的位置上不断分化并最终形成维管系统。但由于目前对调控侧生器官原基的分化和细胞分裂速率的分子机制了解并不深入，在年7月发表在NewPhytologist的一篇“ABNORMALVASCULARBUNDLESregulatescellproliferationandprocambiumcellestablishmentduringaerialorgandevelopmentinrice”研究中，首先证明AVB基因参与维持侧生器官原基正常的细胞分裂过程，其次证明了AVB基因参与生长素诱导的原形成层细胞的分化过程，最后发现AVB基因影响原形成层细胞的细胞分裂过程。
通过EMS诱变得到一个发育异常的突变体，命名为avb，该突变体表现为叶片变窄，且在不同阶段的不同叶都表现为窄叶表型(图1abd)。且各节间的直径显著减低(图1ce)，成熟期突变体的穗部也明显变小了(图1f-h)。
图1.突变体的表型分析
为了分析造成avb突变体地上器官变窄的原因，作者对突变体的各个部位进行石蜡切片，同时统计了横切面上维管束目和面积及细胞总数。组织切片观察发现突变体的叶片、叶鞘、节间和穗轴都均明显的变窄(图2a-m)。同时突变体维管束的区域面积增大(图2n-q)。
图2.avb突变的组织切片分析
同时对avb突变体地上部分不同部位的组织切片进行统计，基本在各个器官地上部分大维管束的数目都显著降低(图3r-f)，各个器官的维管束面积显著增加(图3uv)。根据以上结果证明造成地上器官变窄的原因是个器官横切上细胞数目减少，且对维管束大小和数目都造成了改变。
图3.切片维管束的面积和数目统计
因为是EMS诱变突变体，作者进一步以日本晴和avb突变体杂交的F2代株窄叶单株作为定位群体，进一步将AVB基因定位在SF2和SR3之间的46kb区间(图4a)，该区间有8个候选基因，进一步测序发现在基因上发生了提前终止。由此推测LOC_Os03g19基因是AVB基因。同时为了进一步确定是否是该基因，将AVB基因转化到avb突变体中，发现确实可以回补窄化表型(图4b)。
图4.AVB基因的定位与鉴定
进一步对AVB基因进行蛋白结构，发现AVB基因在陆生植物中蛋白结构是高度
保守的（图5cd）。
这说明在进化过程中，AVB的变异不大，暗示AVB蛋白对植物的生长有重要作用。同时为了进一步揭示AVB蛋白产物在细胞中的定位情况，作者瞬时表达了AVB蛋白，发现其主要定位在细胞质和细胞核中(图5e)。
为了研究AVB基因的功能，同过qPCR检测了AVB基因的表达，发现AVB基因主要表达位点在茎尖部位(图6a)。为了进一步分析AVB基因在茎尖部位的表达情况，通过对茎尖部位的原位杂交发现AVB基因信号主要分布在叶原基，且主要集中在原形成层部位(图6b-f)。作者推测avb叶片维管束异常可能是原形成层分化异常造成的，进一步切片观察在P2和P3时期，突变体中原形成层的数目是显著性降低的(图6g-h），说明了AVB基因突变造成了叶原基发育过程中原形成层分裂受阻。
图6.AVB基因的表达分析
很多研究表明生长素信号在原形成层细胞分化过程中起着重要作用，作者推测AVB与生长素之间可能存在某种关系，作者做了生长素极性运输阻断剂处理实验，直接使用生长素IAA及生长素极性运输阻断剂TIBA处理野生型水稻幼苗，检查AVB的表达，发现在阻断剂处理后，AVB基因显著上调，说明AVB基因的表达可能确实受内源生长素的调控(图7j)。为此作者进一步分析了AVB基因的启动子序列，发现存在三个生长素相应元件(图7i)，通过体外结合实验发现生长素相应因子都能与其结合，其中Ⅲ号能力最强(图7K)。说明生长素响应因子能够直接调节水稻植株内AVB基因的表达水平，并且AVB基因启动子上的Ⅲ号元件是其中主要的调控元件。
图7.AVB基因参与生长素介导的原形成层分化过程
基于之前的结果，作者推测生长点干细胞的细胞分裂过程最终决定了形成地上器官的细胞数目，这个过程可能收到AVB的影响。为了验证该假设，作者通过流式细胞仪分析了生长点的染色体的倍性，其中突变体生长点细胞的四倍体比例低于野生型(图8e)，说明AVB基因的缺失影响了细胞分裂。同时作者通过原位杂交的方式检测了组蛋白H4的表达(histoneH4作为染色体的组成成分，特异地在处于S期的细胞中表达)，发现在几个时期，avb中H4的表达丰度都是较低的(图7ab,f)。同时对原形成层的H4丰度检测进行检测，avb中国明显较高（图7cd,g），这也进一步解释了为什么突变体维管束面积增大。进一步说明了AVB基因的突变造成了细胞分裂过程的异常。
图8.AVB蛋白参与维持正常的细胞分裂活性
在本研究中，作者发现AVB基因在水稻SAM的叶启动部位高表达，并且参与调控侧生器官原基的细胞分裂过程，AVB基因的突变会造成侧生器官的细胞分裂过程受阻，导致细胞数目减少，造成地上部分器官均变窄。
作者通过组蛋白H4的表达量检测确定了细胞分裂过程中DNA的复制可能受到了AVB基因突变的影响，但是目前还不清楚AVB是通过什么途径影响了DNA复制的过程，在之前的关于叶宽的研究中，像NAL1，其突变也是影响了细胞分裂的DNA复制过程。但也没有具体的研究，在我做的实验中AVB和NAL1是存在互作的，可能它们共同影响了DNA复制过程中的某个因子，从而影响了细胞分裂，导致了叶宽方面的表型。这些都需要进一步的研究。
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