普渡大学的植物科学家使用蕨类植物模子，发明了一种卵白质，它在控制细胞分解和决议维管植物性别方面施展着前所未知的作用。这一发明为干细胞增殖历程提供了新的看法，该历程通过避免所有子女都发育为雄性来确保物种的繁衍与生涯。
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图片信息：周云是普渡大学植物学和植物病理学副教授。他的相助研究展现了一种调理维管植物中干细胞分解的新机制。
植物病理学副教授周云（Yun Zhou）和普渡大学的五位相助者最近在《今世生物学》（Current Biology）上揭晓了他们的研究效果。研究聚焦于铁角蕨属植物（Ceratopteris），这是一种经常用于植物学研究的蕨类植物，以展现在细胞和分子层面上调控干细胞增殖的基本机制。在植物体内，未分解的干细胞保存于活跃的生长组织中，这些组织被称为分生组织（meristems）。
研究职员发明了一种名为CrHAM的基因，这种基因与所有动植物以及人类配合拥有的一个要害历程——干细胞增殖有关。所有这些多细胞生物体都有未分解的干细胞。
“未分解意味着这些细胞具有破碎的能力，能够提供未来分解成种种器官的细胞，”周云诠释道。“这就是为什么维持干细胞数目和分生组织的发育对植物的生长和滋生至关主要。”
只管植物学家早已知道干细胞在植物的生长和发育中起着至关主要的作用，但“在这项研究中，我们发明CrHAM基因调控了分生组织的不确定性，这意味着它们的主要作用是避免干细胞分解，”周云进一步诠释。
这莳植物可以发育为雄性或牝牡同体。牝牡同体的植物同时具有雄性和雌性生殖器官，并能够发育和维持分生组织，而雄性植物则不具备这种能力。研究发明，CrHAM基因是阻止牝牡同体的分生组织分解为雄性器官的要害机制。若是缺少这一调控，分生组织会始终分解为雄性器官，从而导致牝牡同体特征的损失，最终无法实现滋生。
周云的团队通过一系列严谨的分子遗传学剖析、基于差别性别和基因类型的全基因组表达谱剖析，以及使用实时成像共聚焦显微镜对细胞破碎举行定量剖析来网络数据并磨练他们的假设。周云实验室开发的手艺使研究职员能够在不滋扰植物正常生长的情形下，视察铁角蕨属植物的单个细胞怎样破碎并分解为差别的器官。
此前，使用这一手艺举行的研究效果已于2022年揭晓在《通讯生物学》（Communications Biology）期刊上。两篇文章的第一作者均为普渡大学博士结业生耿媛（Yuan Geng），她曾在周云的实验室事情，现在是加州理工学院的博士后研究员。
这篇揭晓在《今世生物学》上的文章，是周云及其团队自加入普渡大学以来揭晓的一系列研究效果中的最新一篇。周云的研究目的是明确植物维持干细胞破碎与一连器官形成的细胞和分子机制。多细胞生物怎样平衡这些历程，依然是一个充满研究挑战的问题。
“在我的实验室中，我们建设了两个模子系统来研究这些问题，”周云体现。其中一个是无种子的蕨类植物模子——铁角蕨属植物，另一个是着花种子植物的分生组织模子——拟南芥（Arabidopsis）。在与拟南芥干细胞及其他HAM家族基因相关的研究中，周云团队划分于2018年和2020年在《科学》（Science）和《自然通讯》（Nature Communications）上揭晓了研究效果，展现了调控机制的基来源理� ？蒲Ъ一蛟市硪允褂谜庑┰�，来优化植物顶端分生组织的活动，进而提高作物产量。
只管周云的研究并不直接聚焦于作物，但获得的知识可能有助于增强用于能源生产的生物质产量，以及提升粮食作物的产量。别的，深入明确干细胞的行为和调控，最终可能对人类康健爆发起劲影响，好比通过干细胞再生的器官或干细胞疗法。
“这些研究与干细胞破碎和分解的基本机制亲近相关，”他说。“我们在这一模子系统中获得的基础知识，毫无疑问可以应用于改善人类的生涯。”
作为维管植物，蕨类植物和种子植物都通过专门的组织运送水分和养分。然而，与种子植物差别，蕨类植物通过爆发孢子而非种子来举行滋生。
蕨类植物和种子植物的进化路径在数亿年前便分道扬镳。只管时间久远，HAM基因家族依然在维持分生组织中干细胞的未分解状态。
“这些基因在差别的植物物种中有时会与差别的信号通路相助，但在细胞和发育层面，它们的目的是一致的。这一点令人惊讶，并为我们未来的研究提出了新的问题，”周云说道。
杂志：Current Biology
DOI：10.1016/j.cub.2024.06.064
