m.quanpro.cn
前沿進(jìn)展 | 趙忠教授課題組揭示植物干細(xì)胞命運(yùn)決定的新信號(hào)
研究背景
高等生物的生長(zhǎng)發(fā)育，無(wú)論是動(dòng)物或植物，都依賴于干細(xì)胞的維持和持續(xù)的分裂分化。與動(dòng)物不同，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（shoot apical meristem, SAM）和根尖的根頂端分生組織（root apical meristem , RAM）中的干細(xì)胞分裂和分化而來(lái)。這種獨(dú)特的胚后發(fā)育模式，賦予了植物極強(qiáng)的發(fā)育可塑性以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。
植物干細(xì)胞存在于特殊的微環(huán)境中，受到了復(fù)雜的內(nèi)源性信號(hào)和外源性信號(hào)的共同調(diào)控。WUSCHEL（WUS）和CLAVATA3（CLV3）基因之間形成的負(fù)反饋循環(huán)以及細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素的調(diào)控是目前已知維持干細(xì)胞穩(wěn)定的關(guān)鍵機(jī)制之一。除上述信號(hào)外，是否存在有其它信號(hào)分子能夠參與植物干細(xì)胞命運(yùn)的調(diào)控，特別是整合環(huán)境信號(hào)調(diào)控干細(xì)胞發(fā)育的可塑性，目前尚不清楚。
2021年8月5日，中國(guó)植物學(xué)會(huì)植物細(xì)胞生物學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)趙忠教授課題組揭示了內(nèi)源逆境信號(hào)調(diào)控植物干細(xì)胞命運(yùn)決定的新機(jī)制，相關(guān)結(jié)果以“Endogenous stress-related signal directs shoot stem cell fate in Arabidopsis thaliana”為題，在線發(fā)表在著名學(xué)術(shù)期刊Nature Plants上。
干細(xì)胞研究的一個(gè)主要瓶頸在于干細(xì)胞數(shù)目非常少，這使得利用組學(xué)解析活體（in vivo）干細(xì)胞命運(yùn)維持機(jī)制及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)變得極為困難。為了突破這一瓶頸，研究人員構(gòu)建了一個(gè)自然生長(zhǎng)狀態(tài)下干細(xì)胞顯著富集、而分化細(xì)胞明顯減少的突變體材料（mp clv3）（圖一）。通過(guò)對(duì)該干細(xì)胞富集突變體進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq），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(dá)譜，預(yù)測(cè)了3017個(gè)在植物干細(xì)胞及其微環(huán)境特異表達(dá)的基因。
圖一，mp clv3突變體中干細(xì)胞顯著富集
通過(guò)對(duì)表達(dá)譜的生物信息學(xué)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)在正常生長(zhǎng)條件下，多種與逆境相關(guān)的信號(hào)在干細(xì)胞微環(huán)境中大量富集。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，絕大部分干細(xì)胞及其微環(huán)境特異表達(dá)基因能夠響應(yīng)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(zhǎng)條件下存在的、且在干細(xì)胞微環(huán)境中富集的逆境相關(guān)信號(hào)為內(nèi)源逆境信號(hào)（ESS：Endogenous stress-related signal）。
為了研究ESS信號(hào)調(diào)控干細(xì)胞命運(yùn)維持的分子機(jī)制，研究人員對(duì)其中主要的逆境信號(hào)乙烯進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。研究發(fā)現(xiàn)，乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子EIN3及其同源基因，在干細(xì)胞微環(huán)境中直接激AGL22的表達(dá)，而AGL22則通過(guò)直接抑制CLV1/CLV2，維持了干細(xì)胞重要調(diào)控基因WUS的表達(dá)（圖二）。
圖二，AGL22整合內(nèi)源和外源信號(hào)調(diào)控植物的可塑性發(fā)育
當(dāng)植物遭受到外界逆境脅迫后，AGL22作為植物早期響應(yīng)脅迫的中心轉(zhuǎn)錄因子，一方面能夠啟動(dòng)植物對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)，另一方面能夠阻斷植物干細(xì)胞分化和推遲開(kāi)花，調(diào)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(jìn)程（圖二）。該研究首次定義了調(diào)控干細(xì)胞命運(yùn)的ESS信號(hào)，建立了ESS信號(hào)整合內(nèi)源和外源信號(hào)調(diào)控植物可塑性發(fā)育的理論框架。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾健博士、研究生李祥和葛強(qiáng)為該文章的共同第一作者，趙忠教授和田朝霞副教授為共同通訊作者。廣州大學(xué)董志誠(chéng)教授、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)羅林杰博士也參與了該研究。該研究在中科院先導(dǎo)B項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金委資助下完成。
個(gè)人簡(jiǎn)介
趙忠教授
趙忠教授主要從事植物干細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)研究，主要研究成果發(fā)表于 Nature, Nature Cell Biology, EMBO J, Development Cell, PNAS等國(guó)際權(quán)威期刊上。
| 版權(quán)聲明： 1.依據(jù)《服務(wù)條款》，本網(wǎng)頁(yè)發(fā)布的原創(chuàng)作品，版權(quán)歸發(fā)布者（即注冊(cè)用戶）所有；本網(wǎng)頁(yè)發(fā)布的轉(zhuǎn)載作品，由發(fā)布者按照互聯(lián)網(wǎng)精神進(jìn)行分享，遵守相關(guān)法律法規(guī)，無(wú)商業(yè)獲利行為，無(wú)版權(quán)糾紛。 2.本網(wǎng)頁(yè)是第三方信息存儲(chǔ)空間，阿酷公司是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者，服務(wù)對(duì)象為注冊(cè)用戶。該項(xiàng)服務(wù)免費(fèi)，阿酷公司不向注冊(cè)用戶收取任何費(fèi)用。 名稱：阿酷（北京）科技發(fā)展有限公司 聯(lián)系人：李女士，QQ468780427 網(wǎng)絡(luò)地址：www.arkoo.com 3.本網(wǎng)頁(yè)參與各方的所有行為，完全遵守《信息網(wǎng)絡(luò)傳播權(quán)保護(hù)條例》。如有侵權(quán)行為，請(qǐng)權(quán)利人通知阿酷公司，阿酷公司將根據(jù)本條例第二十二條規(guī)定刪除侵權(quán)作品。 |