中科院植生所李來庚組揭示樹木干細胞分裂的

陰陽平衡調(diào)控機制

與人類相比，樹木可以存活成百上千年，這一切都依賴于植物干細胞不斷地分裂和分化，頂端干細胞讓樹木長得越來越高，形成層干細胞（位于樹皮和樹干中間）讓樹木長得越來越粗。樹木的生長隨著季節(jié)、光照、溫度、水分、土壤養(yǎng)分的變化而變化，就這樣，樹木用年輪記錄了自己一年又一年地成長。
一直以來，人們對樹木形成層干細胞的分裂好奇不已。樹木的形成層究竟如何維持活性？樹木又是如何適應(yīng)不同的環(huán)境變化來進行自我調(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胞分裂的陰陽平衡調(diào)控機制，為我們了解樹木的生長打開了一扇窗。

在本項研究中，一個編碼CLE20短肽的基因，被發(fā)現(xiàn)特異性表達在分化過程的木質(zhì)部細胞中，但是通過免疫原位的方法檢測發(fā)現(xiàn)其表達的短肽分子可以移動到形成層干細胞處。過表達CLE20基因可以抑制形成層細胞的活性。同時形成層中與細胞分裂相關(guān)的關(guān)鍵基因WOX4表達受到嚴重抑制，樹木的生長發(fā)育受到嚴重影響。研究結(jié)果還顯示CLE20短肽在分生細胞中可能被相關(guān)受體識別，作為信號分子負（陰）調(diào)控了形成層細胞的活性。目前有研究報道CLE41是另一種從韌皮部運輸?shù)叫纬蓪拥亩屉男盘柗肿樱?/span>CLE41作為一種正（陽）調(diào)控因子，可以促進形成層細胞的活性。

CLE41和CLE20可能是一對正負（陰陽）調(diào)控信號，精細調(diào)控了樹木的次生生長過程。該研究為闡明樹木次生生長過程的調(diào)控機制發(fā)現(xiàn)了一條新的分子信號途徑。陰陽相對相生的現(xiàn)象早在千年以前就被我國古人注意到，并非常形象的用太極圖來闡述，本次研究的發(fā)現(xiàn)跟中國傳承已久的古代思想文化哲學(xué)默契統(tǒng)一，為研究樹木的生長發(fā)育開啟了新的航向。

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，李來庚為通訊作者。本研究得到了國家自然基金委、科技部和中科院等項目的資助。
 

通訊作者介紹：李來庚，中國科學(xué)院植物生理生態(tài)研究所研究員，研究所學(xué)術(shù)委員會副主任。“國家杰出青年基金”獲得者，中科院“百人計劃”學(xué)者，中科院“特聘研究員”。據(jù)Elsevier統(tǒng)計，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學(xué)者。

值得注意的是，在這篇文章中植物生理生態(tài)研究所研究團隊使用了三種 YEASEN 在售商品，cDNA 合成試劑盒 Hieff^TM First Strand cDNA Synthesis Kit (Yeasen, CAT#11102→產(chǎn)品升級，現(xiàn)貨號11123)，qPCR 熒光試劑盒 Unicon^TM qPCR SYBR® Green Master Mix (Yeasen, CAT#11198)，蛋白酶抑制劑 (Yeasen, CAT#20123)。

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1. Han X, Wang R, Zhou Y, et al. Mapping the mouse cell atlas by microwell-seq[J]. Cell, 2018, 172(5): 1091-1107. [影響因子30.41]

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]