【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】細(xì)胞命運(yùn)決定是發(fā)育生物學(xué)的基本問(wèn)題。植物中細(xì)胞命運(yùn)雖然靈活性較高，但也高度依賴(lài)于細(xì)胞譜系：即細(xì)胞經(jīng)歷過(guò)的狀態(tài)決定當(dāng)前狀態(tài)和未來(lái)發(fā)育潛能。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所焦雨鈴課題組長(zhǎng)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(zhǎng)點(diǎn)，與頂端分生組織具有類(lèi)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(lái)？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(tuán)，是側(cè)生分生組織的前體細(xì)胞。這個(gè)干細(xì)胞譜系持續(xù)表達(dá)分生組織標(biāo)志基因STM。這個(gè)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(guò)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(guò)大量篩選突變體，得到一個(gè)側(cè)芽起始具有明顯缺陷的突變體，其葉腋處無(wú)法維持正常STM表達(dá)，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(dá)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(shí)驗(yàn)表明，ATH1可以直接結(jié)合STM基因位點(diǎn)，并且ATH1對(duì)STM基因的激活作用顯著依賴(lài)于STM蛋白本身?；谏鲜鼋Y(jié)果，得到一個(gè)依賴(lài)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(shí)現(xiàn)STM自激活調(diào)控。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，STM的表達(dá)維持STM位點(diǎn)的染色質(zhì)處于開(kāi)放狀態(tài)，使得在后續(xù)發(fā)育中STM的表達(dá)能夠進(jìn)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(guò)關(guān)鍵基因的自激活維持干細(xì)胞譜系的調(diào)控回路，對(duì)于動(dòng)植物中分生組織命運(yùn)維持的機(jī)制研究具有很好的借鑒意義。同時(shí)，側(cè)生分生組織活性研究對(duì)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(guó)約翰英納斯中心的Sablowski團(tuán)隊(duì)也參與了本研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究項(xiàng)目、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)牛頓高級(jí)學(xué)者項(xiàng)目和中科院-英國(guó)約翰英納斯中心植物微生物科學(xué)卓越項(xiàng)目資助。
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