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重磅|山东农大揭示激素调控植物干细胞机理

作者:杨宇 赵延兵 张铁成 出处:党委宣传部 日期:2017-06-05

      山东农业大学张宪省教授带领的研究团队在植物干细胞领域研究取得重大突破,揭示了激素调控植物干细胞活动的分子机理。62,国际植物学领域顶级学术期刊《植物细胞》The Plant Cell以《B类细胞分裂素响应因子通过对WUSCHEL基因的双重调控作用决定干细胞的活动》为题发表了这项研究成果。该成果对推动植物离体快繁和基因工程奠定了重要的理论基础,这也标志着我国在该领域的研究达到了国际领先水平。

      干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,在一定条件下可以分化成多种功能细胞,是高等生物生长发育的细胞来源。与人类和其他动物相似,植物也有干细胞。植物干细胞主要存在于茎端、根端和形成层。茎端干细胞通过不断分裂与分化形成植物的地上部分;根端干细胞形成植物的地下部分。1957年,德国科学家SkoogMiller发现,外源施加细胞分裂素和生长素能够在体外培养条件下诱导植株再生。基于这一发现而建立的植物组织培养技术成为植物生物技术的“主角”。但是,为什么外源细胞分裂素和生长素能够诱导干细胞再生?这两种植物激素作用的机制是什么?尽管六十年来科学家们做了大量研究,但没有找到有说服力的答案。由于未搞清楚其中的机理、缺乏科学指导,大多数农作物、林木和花卉难以建立离体再生系统,也无法进行离体繁殖和基因工程操作。

细胞生物学和遗传学的手段证明细胞分裂素响应调节因子ARRs直接调控干细胞决定基因WUSCHEL的表达

      张宪省研究团队多年来一直从事植物发育分子生物学方向研究,尤其是在植物细胞全能性和器官发育的分子机制研究方面取得多项重要成果,在国际上也颇具影响。2007年至2015年他们主持完成了包括973计划重大科学研究计划、国家自然科学基金重大研究计划在内的多项有关植物干细胞研究课题。在多年的研究中,他们采用细胞生物学、遗传学、生物化学等方面的研究手段,证明细胞分裂素响应调节因子ARRs对干细胞决定基因WUSCHEL有直接调控作用。他们发现,在离体培养过程中,细胞分裂素信号转导通路中的B类响应因子一方面直接启动WUSCHEL基因的转录,另一方面通过抑制生长素合成基因的表达,间接促进和维持了WUSCHEL基因的表达,从而使愈伤组织细胞发生命运转变,形成茎端干细胞,进而形成完整植株。他们还发现,B类细胞分裂素响应因子对WUSCHEL基因的双重调控作用不仅发生在离体培养的组织中,在正常生长的植物体内也具有调节干细胞活动的功能。

细胞生物学和遗传学的手段证明细胞分裂素与生长素的细胞分裂素响应调节因子ARRs通过调节生长素合成调控干细胞维持

      科研人员介绍说,这些重要发现为在更大范围进行植物离体快繁、开展生物育种、推动工厂化生产等提供了有力的理论支撑。该团队正在将研究成果应用于重要农作物,林木和花卉的相关研究中。
      采访中,张宪省教授对记者说:“做基础研究也要有明确的方向,要围绕国家的重大需求立项攻关,我们不赶时髦、不做‘快餐’,只希望研究成果对国家经济发展和科技进步发挥作用。”