【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】細(xì)胞命運決定是發(fā)育生物學(xué)的基本問題。植物中細(xì)胞命運雖然靈活性較高，但也高度依賴于細(xì)胞譜系：即細(xì)胞經(jīng)歷過的狀態(tài)決定當(dāng)前狀態(tài)和未來發(fā)育潛能。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所焦雨鈴課題組長期研究植物側(cè)生分生組織的形成。側(cè)生分生組織位于高等植物葉腋，能夠形成新的生長點，與頂端分生組織具有類似的器官發(fā)生能力。形成側(cè)生分生組織的干細(xì)胞從何而來？研究組前期工作發(fā)現(xiàn)，葉腋處一直維持未徹底分化的干細(xì)胞團，是側(cè)生分生組織的前體細(xì)胞。這個干細(xì)胞譜系持續(xù)表達分生組織標(biāo)志基因STM。這個干細(xì)胞譜系如何維持？該研究從正向遺傳篩選突變體入手，經(jīng)過一系列的分子遺傳學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)STM基因的自激活是維持干細(xì)胞譜系的關(guān)鍵。
 

　　焦雨鈴研究組通過大量篩選突變體，得到一個側(cè)芽起始具有明顯缺陷的突變體，其葉腋處無法維持正常STM表達，葉腋處細(xì)胞逐步分化。因此，該突變體中導(dǎo)致表型的ATH1基因是維持STM表達和脫分化細(xì)胞狀態(tài)的關(guān)鍵基因。
 

　　ATH1基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子，與STM所編碼的轉(zhuǎn)錄因子存在蛋白互作。隨后一系列分子生化實驗表明，ATH1可以直接結(jié)合STM基因位點，并且ATH1對STM基因的激活作用顯著依賴于STM蛋白本身?；谏鲜鼋Y(jié)果，得到一個依賴于ATH1蛋白的STM自激活調(diào)控回路。在STM自激活調(diào)控中，ATH1蛋白具有DNA結(jié)合作用，STM蛋白具有轉(zhuǎn)錄激活作用，ATH1-STM以復(fù)合體形式實現(xiàn)STM自激活調(diào)控。進一步研究發(fā)現(xiàn)，STM的表達維持STM位點的染色質(zhì)處于開放狀態(tài)，使得在后續(xù)發(fā)育中STM的表達能夠進一步激活，從而形成側(cè)生分生組織。
 

　　該研究揭示并詳細(xì)闡釋了一種通過關(guān)鍵基因的自激活維持干細(xì)胞譜系的調(diào)控回路，對于動植物中分生組織命運維持的機制研究具有很好的借鑒意義。同時，側(cè)生分生組織活性研究對農(nóng)作物產(chǎn)量提升也具有理論指導(dǎo)意義。
 

　　該成果于4月2日正式發(fā)表于Current Biology雜志，文章標(biāo)題為A self-activation loop maintains meristematic cell fate for branching。焦雨鈴研究組博士畢業(yè)生曹秀衛(wèi)為該論文的第一作者，焦雨鈴為該論文的通訊作者，王瑨、熊圓圓、楊海變、楊鳴雷、葉佩儀和英國約翰英納斯中心的Sablowski團隊也參與了本研究。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究項目、中科院戰(zhàn)略重點研究項目、英國皇家學(xué)會牛頓高級學(xué)者項目和中科院-英國約翰英納斯中心植物微生物科學(xué)卓越項目資助。