Nat.Commun.|普渡大学研究学者发现维持植物干细胞分化的信号级联途径

绿色表示一个 microRNA 基因，由位于植物茎尖最外层的拟南芥分生组织层1(ATML1)特异性激活。 这个 microRNA 决定了毛状分生组织(Hairy Meristem，HAM)基因的浓度梯度，这些基因调控干细胞的功能，并确保植物产生叶子、花和其他器官。图片来源: Yun Zhou

植物顶端分生组织中的干细胞库是植物继续生长和发育的关键。了解这些干细胞是如何得以维持、并与分化的细胞保持平衡将为增加作物产量和生物量提供帮助。

普渡大学的科学家们发现了一个关键的信号级联反应，这个信号可维持干细胞和分化细胞之间的平衡。Yun Zhou是植物学和植物病理学系和普渡大学植物生物学中心的助理教授，Han Han是Zhou实验室的博士后，他们和其他同事一起在周四(3月5日)的《Nature Communications》杂志上发表了他们的研究结果。

未分化的干细胞位于分生组织中，即植物嫩枝和根的顶端。 这些干细胞作为一个未确定的细胞库，支持植物生长，并产生不同的器官，如叶或花。

 Zhou之前在普渡大学的工作表明，顶端-基底基因表达的梯度对于使这些干细胞在最外层细胞及内部组织的分化后代中保持活跃至关重要。干扰这种梯度会导致干细胞增殖和分化的严重缺陷，影响芽的生长和繁殖。 现在，Zhou的实验室展示了这种梯度是如何产生和维持的。

 周的研究小组发现，拟南芥分生组织层1(ATML1)家族的基因直接激活了植物表皮中的一组microRNA。 这些microRNA作为一种移动信号，特异地使毛分生组织基因(HAM)失活。HAM 基因对于维持干细胞和分化细胞之间的平衡至关重要。

在表皮中，这组microRNA 合成很活跃，并保持高水平，阻止了大部分或全部的 HAM 基因活化，维持了干细胞水平。 但是随着microRNA深入细胞内层，阻止 HAM 活化的microRNA变少了，使 HAM 集中在分生组织的基底区域。

 “我们看到的梯度是一个空间和时间的调节的结果”Zhou说，“我们的结果揭示了表皮和茎干细胞稳态之间的分子联系”。 我们发现，植物的表皮产生可移动的信号，以控制这种梯度和干细胞的活动。 这可能为未来的作物改良开辟一条新的途径。”

该团队的工作结合了体内活体成像、体外生物化学和电子计算或三维计算建模。

文献来源:

Han Han et al. A signal cascade originated from epidermis defines apical-basal patterning of Arabidopsis shoot apical meristems, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-14989-4 

HAIRY MERISTEM with WUSCHEL confines CLAVATA3 expression to the outer apical meristem layers" Science (2018). 

science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aar8638

新闻报道：

https://phys.org/news/2020-03-cascade-stem-cells.html

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