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    我国学者在植物干细胞的反馈调控领域取得重要进展

    日期 2018-02-07   来源:生命科学部   作者:薛岚 杜生明  【 】   【打印】   【关闭

    图. 生长素运输介导侧生器官反馈调控茎尖干细胞稳态

      在国家自然科学基金项目(项目编号:31430010、11622102、91430217、11421110001)等资助下,中国科学院遗传与发育生物学研究所焦雨铃研究组与北京大学国际数学研究中心张磊研究组通过数学模拟辅助阐释了植物侧生器官对干细胞的反馈调控机制。研究成果以“Feedback from Lateral Organs Controls Shoot Apical Meristem Growth by Modulating Auxin Transport”(侧生器官通过调控生长素运输反馈调控茎尖分生组织生长)为题,于2018年1月23日在Developmental Cell(《发育细胞》)上发表。中科院遗传发育所焦雨铃研究员和北京大学张磊教授为该文章共同通讯作者,中科院遗传发育所石碧海与北京大学郭晓露为共同第一作者。

      干细胞是器官的来源,对器官的形成具有调控作用,而器官的反馈将有助于干细胞的稳态维持。在动物中,分化细胞通过分泌信号分子反馈于干细胞。那么在植物中是否也存在这样的反馈调控?这种反馈调控在分子水平是如何实现的?

      焦雨铃课题组在之前的系列研究中发现了茎尖干细胞调控侧生器官形成和形态建成的机制。本研究团队通过学科交叉研究发现了侧生器官能够反馈调控茎尖干细胞,并揭示了生长素长距离运输在反馈中扮演了重要角色。研究发现,茎尖干细胞区域的生长素含量负调控干细胞平衡,高生长素含量导致干细胞分化加速。计算模拟表明,侧生器官原基外运的生长素能够抑制茎尖的生长素外运,从而维持茎尖生长素浓度的稳态,进而维持干细胞的稳态。遗传分析和显微手术实验验证了模型结论,发现在叶片、花原基发育不良的突变体中或在切除原基后,茎尖干细胞区域生长素外运加强,生长素浓度降低,茎尖干细胞增多。增大的干细胞团进而产生更多侧生器官。该模型解释了侧生器官突变体中茎尖干细胞区域增大,特别是周期性变化的表型。

      以上研究揭示了植物干细胞稳态的维持与动物干细胞的稳态维持在分子水平采取了不同的策略。本研究有机整合了生物学与数学的学科交叉研究,发挥了学科交叉研究解决动态生物学过程等前沿问题的优势。




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