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遗传自我激活维持植物干细胞

分支使植物可以在三个维度上占据空间,这一创新被认为是对其适应必不可少的。干细胞是该过程的关键,因为它们促进建立新的生长轴。但是这些干细胞从哪里来?

由中国科学院遗传与发育生物学研究所(IGDB)的研究人员领导的新研究有助于回答这个问题。

这项研究将于4月2日在《当代生物学》上发表,它描述了关键的芽干细胞促进基因如何激活其自身的表达,从而在叶腋中维持干细胞谱系,从而实现分支。这些知识可能有助于科学家优化作物结构并提高单产,这在全球气候变化时代尤其重要。

与动物不同,植物在整个生命中都是由一种专门的含有干细胞的组织-分生组织形成侧器官。茎尖分生组织形成叶,而在叶腋处建立的芽则可以分枝。重要的是,芽由具有与芽顶分生组织相同的发育潜力的腋生分生组织形成。

在先前的研究中,由IGDB领导的团队表明,叶腋中保留了分生细胞谱系,以便为腋生分生组织的启动提供祖细胞。在当前的研究中,他们显示了如何在这种细胞谱系中维持细胞命运。

该论文的通讯作者焦玉玲教授说:“分生组织细胞使用一种非常简单的机制来保持其身份。”

具体来说,叶腋分生组织细胞保持SHOOT MERISTEMLESS(STM)(促进芽分生组织的转录因子)的表达。这项研究的重要意义在于,它使STM基因座可与其他结合蛋白接触,据焦作实验室的博士后研究员曹秀伟说。在腋生分生组织开始之前,需要将STM基因座与其他转录因子结合。

然而,关键发现是维持STM表达依赖于自我激活。换句话说,STM与其自身的启动子结合,然后激活基因表达。

研究人员还发现STM与与STM相互作用的伴侣蛋白ATH1协同工作。前者负责转录激活,而后者负责DNA结合。

尽管当前的研究集中在植物上,但它也可能适用于动物研究。焦说:“植物细胞不会迁移,为研究细胞谱系和命运的确定提供了更易处理的系统。” 他说:“这项研究帮助我们了解了如何维持细胞命运,动物干细胞也可以利用这种调节回路。”

总的来说,这项研究激发了对植物和动物干细胞命运维持的分子机制的进一步研究。

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