研究小组揭示了阻止维管植物干细胞分化的调控机制

普渡大学植物学家利用蕨类植物模型，发现了一种蛋白质，该蛋白质在控制细胞分化和决定维管植物的性别方面发挥着此前未知的作用。这一发现为干细胞增殖过程提供了新的见解，该过程通过防止所有后代发育为雄性来确保物种的繁殖和生存。

植物学和植物病理学副教授周云和普渡大学的五位合作者最近在《当代生物学》上发表了他们的研究成果。该团队的研究重点是植物学研究中经常使用的蕨类植物水蕨，以揭示在细胞和分子水平上调节干细胞增殖的基本过程。在植物中，未分化的干细胞存在于活跃生长的组织中，称为分生组织。

研究人员发现，一种名为 CrHAM 的基因与所有植物、动物和人类都具有的一个极其重要的过程有关——干细胞增殖。所有这些多细胞生物都拥有未分化的干细胞。

周教授说：“未分化意味着它们具有分裂和供给细胞的能力，这些细胞最终会分化成各种器官。这就是为什么维持干细胞群和分生组织发育对植物的生长和繁殖如此重要。”

尽管植物科学家已经知道干细胞在植物的生长和发育中起着至关重要的作用，但周解释说：“在这项研究中，我们发现CrHAM调节分生组织的不确定性，这意味着它们的主要作用是阻止干细胞分化。”

这种植物既可以发育成雄性，也可以发育成雌雄同体。雌雄同体植物既有雄性生殖器官，也有雌性生殖器官，会发育并维持分生组织。然而，雄性植物不会发育分生组织。《当代生物学》报道的研究结果表明，CrHAM 是阻止雌雄同体植物分生组织形成雄性器官的关键机制。如果没有这种调节，分生组织就会一直分化成雄性器官，导致雌雄同体身份的丧失，并终止该物种的繁殖。

周教授的研究小组采用了严格的分子遗传分析、跨不同性别和基因型的全基因组表达谱分析以及使用实时成像共聚焦显微镜定量分析细胞分裂的方法，以收集数据并验证他们的假设。周教授实验室开发的技术使研究人员能够观察单个水蕨细胞如何分裂并分化成不同的器官，而不会干扰植物的正常生长。