中科院遺傳發育所揭示側生器官對植物幹細胞的反饋調控作用

幹細胞是器官的來源，但器官能否反饋調控幹細胞？分化細胞對幹細胞的反饋有助於動態維持幹細胞的穩態，使幹細胞的數量和活性適應內源變化。在動物中，分化細胞通過分泌可擴散的信號分子反饋於幹細胞。植物中是否存在反饋調控，在分子水平如何實現反饋調控？

中國科學院遺傳與發育生物學研究所焦雨鈴研究組與北京大學國際數學研究中心張磊研究組通過學科交叉研究發現了生長素長距離運輸在側生器官對莖尖幹細胞的反饋中扮演了重要角色。研究發現，莖尖幹細胞區域的生長素含量負調控幹細胞平衡，高生長素含量導致幹細胞分化加速。計算模擬表明，側生器官原基外運的生長素能夠抑制莖尖的生長素外運，從而維持莖尖生長素濃度的穩態，進而維持幹細胞的穩態。遺傳分析和顯微手術實驗驗證了模型結論，發現在葉片、花原基發育不良的突變體中或在切除原基後，莖尖幹細胞區域生長素外運加強，生長素濃度降低，莖尖幹細胞增多。增大的幹細胞團進而產生更多側生器官。該模型解釋了側生器官突變體中莖尖幹細胞區域增大，特別是周期性變化的表型。該研究揭示了植物幹細胞穩態的維持與動物幹細胞的穩態維持在分子水平採取了不同的策略。

該研究結果於2018年1月22日發表於Developmental Cell。焦雨鈴研究組博士石碧海（已畢業）和張磊研究組博士研究生郭曉露為該論文共同第一作者，焦雨鈴研究員與張磊教授為共同通訊作者。國科大生科院汪穎博士、清華大學周培源應用數學中心雷錦志博士及岡山大學林謙一郎教授也參與了本課題。該研究得到了國家自然科學基金、科技部973項目、中組部「萬人計劃」等項目和植物基因組學國家重點實驗室的資助。

圖：生長素運輸介導側生器官反饋調控莖尖幹細胞穩態

來源：中科院遺傳發育所

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