中科院植生所李來(lái)庚組揭示樹(shù)木干細(xì)胞分裂的

陰陽(yáng)平衡調(diào)控機(jī)制

與人類(lèi)相比，樹(shù)木可以存活成百上千年，這一切都依賴(lài)于植物干細(xì)胞不斷地分裂和分化，頂端干細(xì)胞讓樹(shù)木長(zhǎng)得越來(lái)越高，形成層干細(xì)胞（位于樹(shù)皮和樹(shù)干中間）讓樹(shù)木長(zhǎng)得越來(lái)越粗。樹(shù)木的生長(zhǎng)隨著季節(jié)、光照、溫度、水分、土壤養(yǎng)分的變化而變化，就這樣，樹(shù)木用年輪記錄了自己一年又一年地成長(zhǎng)。
一直以來(lái)，人們對(duì)樹(shù)木形成層干細(xì)胞的分裂好奇不已。樹(shù)木的形成層究竟如何維持活性？樹(shù)木又是如何適應(yīng)不同的環(huán)境變化來(lái)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)？一直不得其解。2019年6月14日，Plant Biotechnology Journal雜志在線發(fā)表了中科院分子植物科學(xué)創(chuàng)新中心——植物生理生態(tài)研究所李來(lái)庚研究組題為“A xylem-produced peptide PtrCLE20 inhibits vascular cambium activity in Populus”的研究論文。這篇文章揭示了一種形成層干細(xì)胞分裂的陰陽(yáng)平衡調(diào)控機(jī)制，為我們了解樹(shù)木的生長(zhǎng)打開(kāi)了一扇窗。

在本項(xiàng)研究中，一個(gè)編碼CLE20短肽的基因，被發(fā)現(xiàn)特異性表達(dá)在分化過(guò)程的木質(zhì)部細(xì)胞中，但是通過(guò)免疫原位的方法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其表達(dá)的短肽分子可以移動(dòng)到形成層干細(xì)胞處。過(guò)表達(dá)CLE20基因可以抑制形成層細(xì)胞的活性。同時(shí)形成層中與細(xì)胞分裂相關(guān)的關(guān)鍵基因WOX4表達(dá)受到嚴(yán)重抑制，樹(shù)木的生長(zhǎng)發(fā)育受到嚴(yán)重影響。研究結(jié)果還顯示CLE20短肽在分生細(xì)胞中可能被相關(guān)受體識(shí)別，作為信號(hào)分子負(fù)（陰）調(diào)控了形成層細(xì)胞的活性。目前有研究報(bào)道CLE41是另一種從韌皮部運(yùn)輸?shù)叫纬蓪拥亩屉男盘?hào)分子，CLE41作為一種正（陽(yáng)）調(diào)控因子，可以促進(jìn)形成層細(xì)胞的活性。

CLE41和CLE20可能是一對(duì)正負(fù)（陰陽(yáng)）調(diào)控信號(hào)，精細(xì)調(diào)控了樹(shù)木的次生生長(zhǎng)過(guò)程。該研究為闡明樹(shù)木次生生長(zhǎng)過(guò)程的調(diào)控機(jī)制發(fā)現(xiàn)了一條新的分子信號(hào)途徑。陰陽(yáng)相對(duì)相生的現(xiàn)象早在千年以前就被我國(guó)古人注意到，并非常形象的用太極圖來(lái)闡述，本次研究的發(fā)現(xiàn)跟中國(guó)傳承已久的古代思想文化哲學(xué)默契統(tǒng)一，為研究樹(shù)木的生長(zhǎng)發(fā)育開(kāi)啟了新的航向。

朱瑩瑩（現(xiàn)蘭州大學(xué)研究員）和宋東亮為本論文共同作者，李來(lái)庚為通訊作者。本研究得到了國(guó)家自然基金委、科技部和中科院等項(xiàng)目的資助。
 

通訊作者介紹：李來(lái)庚，中國(guó)科學(xué)院植物生理生態(tài)研究所研究員，研究所學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任?！皣?guó)家杰出青年基金”獲得者，中科院“百人計(jì)劃”學(xué)者，中科院“特聘研究員”。據(jù)Elsevier統(tǒng)計(jì)，連年被列為農(nóng)業(yè)與生物科學(xué)領(lǐng)域具有世界影響的高引中國(guó)學(xué)者。

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2. Wang J, Ge P, Qiang L, et al. The mycobacterial phosphatase PtpA regulates the expression of host genes and promotes cell proliferation[J]. Nature communications, 2017, 8(1): 244. [影響因子12.353]

3. Wang Y, Liu C, Zhang X, et al. Gene specific-loci quantitative and single-base resolution analysis of 5-formylcytosine by compound-mediated polymerase chain reaction[J]. Chemical Science, 2018, 9(15): 3723-3728. [影響因子9.063]

4. Wang Y, Zhang X, Wu F, et al. Bisulfite-free, single base-resolution analysis of 5-hydroxymethylcytosine in genomic DNA by chemical-mediated mismatch[J]. Chemical science, 2019, 10(2): 447-452. [影響因子9.063]

5. Wang J, Ge P, Qiang L, et al. The mycobacterial phosphatase PtpA regulates the expression of host genes and promotes cell proliferation[J]. Nature communications, 2017, 8(1): 244. [影響因子12.353]