研究揭示了有朝一日可能提高作物產(chǎn)量的干細(xì)胞增殖

普渡大學(xué)的一項(xiàng)研究揭示了導(dǎo)致植物干細(xì)胞形成和維持的機(jī)制。研究結(jié)果可能有一天允許科學(xué)家操縱干細(xì)胞生產(chǎn)，以增加生物質(zhì)，可用于生物燃料或玉米和大豆等植物的谷物產(chǎn)量。

今天在“科學(xué)”雜志上發(fā)表的研究結(jié)果中，植物學(xué)和植物病理學(xué)系和Purdue植物生物學(xué)中心的助理教授Yun Zhou以及普渡大學(xué)和加州理工學(xué)院的共同作者描述了植物是如何建立一個干細(xì)胞在分生組織中與分化的子細(xì)胞分離，分生組織基底側(cè)的子細(xì)胞維持干細(xì)胞。

未分化的干細(xì)胞位于分生組織 - 植物芽和根的頂端或尖端。它們作為一組空白細(xì)胞，支持植物生長并產(chǎn)生不同的器官，如葉子或花。周正在研究植物引發(fā)干細(xì)胞生成和保持干細(xì)胞活化的方式。

“這些干細(xì)胞不斷分裂，它們的子細(xì)胞最終會分化。但保持這些干細(xì)胞的生產(chǎn)對植物生長至關(guān)重要，”周說。“如果我們能夠理解分生組織發(fā)育的潛在機(jī)制，我們就有可能創(chuàng)造一種新的生物工具來優(yōu)化作物生長。”

Zhou及其同事表明，這一過程由HAIRY MERISTEM(HAM)和WUSCHEL(WUS)基因控制。在干細(xì)胞中，WUS激活CLAVATA3基因。在基礎(chǔ)分化細(xì)胞中，HAM和WUS一起抑制CLAVATA3，導(dǎo)致干細(xì)胞的規(guī)格。HAM的濃度梯度也是極化的關(guān)鍵，極化是干細(xì)胞和基礎(chǔ)分化細(xì)胞之間的初始分裂。

“平衡很重要。我們發(fā)現(xiàn)，如果HAM的濃度梯度發(fā)生變化，整個分生組織的身份就會發(fā)生變化，活動就會減少，”周說。“變化可以使干細(xì)胞處于無差別狀態(tài)。”

該團(tuán)隊(duì)對該項(xiàng)目的假設(shè)是建立在一個三維計算模型的基礎(chǔ)上，該模型模擬了控制干細(xì)胞特性的分生組織中的基因表達(dá)模式。通過對模式植物擬南芥的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該假設(shè)。

Zhou及其同事將繼續(xù)改進(jìn)他們的模型，以定量預(yù)測干細(xì)胞活性以響應(yīng)基因表達(dá)的變化。這些知識將有助于開發(fā)控制干細(xì)胞的方法，以提高作物生長和產(chǎn)量。

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