中國科學家首次揭示調控植物干細胞命運決定的新機制

記者從中國科學技術大學獲悉，該校趙忠教授課題組，首次定義了調控干細胞命運的內(nèi)源逆境信號，并揭示了內(nèi)源逆境信號調控植物干細胞命運決定的新機制，相關結果日前在線發(fā)表于著名學術期刊《自然.植物》上。

植物絕大部分器官都是在胚后由位于植物莖尖的莖頂端分生組織和根尖的根頂端分生組織中的干細胞分裂和分化而來。這種獨特的胚后發(fā)育模式，賦予了植物極強的發(fā)育可塑性以適應不斷變化的環(huán)境。植物干細胞存在于特殊的微環(huán)境中，受到了復雜的內(nèi)源性信號和外源性信號的共同調控。WUS和CLV3基因之間形成的負反饋循環(huán)以及細胞分裂素和生長素的調控，是目前已知維持干細胞穩(wěn)定的關鍵機制之一。除上述信號外，是否存在其它信號分子參與植物干細胞命運的調控，特別是整合環(huán)境信號調控干細胞發(fā)育的可塑性，目前尚不清楚。

通過對該干細胞富集突變體進行轉錄組測序，研究人員建立了植物莖頂端分生組織高分辨率的基因表達譜，預測了3017個在植物干細胞及其微環(huán)境特異表達的基因。研究發(fā)現(xiàn)，正常生長條件下，多種與逆境相關的信號在干細胞微環(huán)境中大量富集，絕大部分干細胞及其微環(huán)境特異表達基因能夠響應多種脅迫與逆境激素的處理。因此，研究人員定義了這種在正常生長條件下存在的、且在干細胞微環(huán)境中富集的逆境相關信號為內(nèi)源逆境信號。通過對其中主要的逆境信號乙烯進一步的研究，發(fā)現(xiàn)乙烯信號轉導途徑中的關鍵轉錄因子EIN3及其同源基因，在干細胞微環(huán)境中直接激AGL22的表達，而AGL22則通過直接抑制CLV1/CLV2，維持了干細胞重要調控基因WUS的表達。

這項研究表明，當植物遭受到外界逆境脅迫后，AGL22作為植物早期響應脅迫的中心轉錄因子，一方面能夠啟動植物對逆境脅迫的響應，另一方面能夠阻斷植物干細胞分化和推遲開花，調控了植物在逆境條件下的可塑性發(fā)育，平衡了植物的發(fā)育和抗逆進程。(科技日報記者 吳長鋒)