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科学家揭示调控植物干细胞命运的新机制
2021-08-19
科技日报

  记者8月16日从中国科学技术大学获悉,该校赵忠教授课题组,首次定义了调控干细胞命运的内源逆境信号,并揭示了内源逆境信号调控植物干细胞命运决定的新机制。相关成果已在线发表于著名学术期刊《自然·植物》上。

  绝大部分植物器官都是在胚后由位于植物茎尖的茎顶端分生组织和根尖的根顶端分生组织中的干细胞分裂和分化而来。这种独特的胚后发育模式,赋予了植物适应环境变化的极强发育可塑性。植物干细胞存在于特殊的微环境中,受到了复杂的内源性信号和外源性信号的共同调控。WUS和CLV3基因之间形成的负反馈循环以及细胞分裂素和生长素的调控,是目前已知维持干细胞稳定的关键机制。除上述信号外,是否存在其他信号分子参与植物干细胞命运的调控,特别是整合环境信号调控干细胞发育的可塑性,目前尚不清楚。

  通过对植物干细胞富集突变体进行转录组测序,研究人员建立了植物茎顶端分生组织高分辨率的基因表达谱,预测了3017个在植物干细胞及其微环境特异表达的基因。结果发现,正常生长条件下,多种与逆境相关的信号在干细胞微环境中大量富集,绝大部分干细胞及其微环境特异表达基因能够响应多种胁迫与逆境激素的处理。因此,研究人员将这种在正常生长条件下存在且在干细胞微环境中富集的逆境相关信号定义为内源逆境信号。通过对其中主要的逆境信号乙烯的进一步研究,团队发现乙烯信号转导途径中的关键转录因子EIN3及其同源基因,在干细胞微环境中能直接激发AGL22的表达,而AGL22则通过直接抑制CLV1/CLV2,维持了干细胞重要调控基因WUS的表达。

  这项研究表明,当植物遭受外界逆境胁迫后,AGL22作为植物早期响应胁迫的中心转录因子,一方面能够启动植物对逆境胁迫的响应,另一方面能够阻断植物干细胞分化和推迟开花,调控了植物在逆境条件下的可塑性发育,平衡了植物的发育和抗逆进程。

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