【48812】树干加粗成长 动力来自两个干细胞“工厂”

时间: 2024-07-21 14:34:20 |   作者: 新闻中心

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　　植物的维管安排体系是自然界中尤为精妙的器官，相似于动物的骨骼与血管，能在支撑植物身躯的一起传输养分和水分。在木本植物中，次生维管安排产生与发育的分子调控进程还有很多待解之谜。

　　5月1日，世界学术期刊《分子植物》以封面论文的方式刊登了浙江大学生命科学学院杜娟博士与协作团队的科研效果。联合团队体系调查并研讨了木本植物的维管安排体系的产生与发育进程，发现植物次生维管安排中存在两个彼此独立的干细胞中心，推翻了传统认知。

　　这一研讨初次体系解析了植物次生维管安排干细胞的来源产生与发育进程，供给了维管安排干细胞及其衍生细胞在各个分解阶段的细胞形状结构与特征表达基因图谱，为进一步研讨陆生植物维管安排体系演化供给了重要的资源。

　　该项效果论文杂志封面：一个小朋友坐在树桩上调查并思考着百年寿数之久的树木茎的内部结构和成长进程。王浥尘制作

　　现有研讨以为，大约4亿年前，蕨类植物首要演化出了维管体系，这成为植物由水生向陆生拓宽的要害演化性状。维管体系能让植物脱离水生环境，实现从土壤中吸收水分进行长距离运送，参加叶片的光协效果固定大气中的二氧化碳并开释氧气。

　　相关于草本植物，多年生的木本植物的维管安排体系更杂乱高效。它们在初生维管安排的基础上，进一步演化出了次生分生安排——维管构成层。维管构成层干细胞是树木茎干加粗成长以及逐年堆集木材安排的动力中心，在树木的加粗成长中起到了“发动机”的效果。

　　维管构成层的干细胞经过平周割裂分解构成木质部——木材安排，一起经过光协效果将太阳能和二氧化碳固定并储存在木材安排的细胞壁中，完结生物固碳的进程。因而，林木维管构成层的活性决议了木材的产值、材性以及森林碳汇和森林木材积蓄量的功率。可是现在科学家关于维管构成层的结构组成与活动规则还有很多的不知道。

　　1873年，德国植物学家Sanio提出了维管构成层干细胞是由一层干细胞组成的假说：维管构成层区域中有一层具有双向割裂才能的干细胞，即向外侧割裂构成韧皮部母细胞，向内割裂构成木质部母细胞。

　　这个“一层干细胞”的假说，现在仍被教科书遍及选用。那它终究在哪？因为技能办法的限制，这一假说一向短少试验依据的支撑。

　　对此，在2018年，杜娟挑选木本形式研讨植物杨树，规划了一项验证试验，将杨树茎维管安排的原位杂交切片，放到激光共聚焦显微镜下调查。依照她的预估，假如顺畅，干细胞特征表达的基因探针将显现一个闪亮的荧光信号，它地点的方位便是次生维管安排的“发动机”——干细胞中心。

　　但奇怪的是，夺目的荧光信号居然别离来自维管安排内的两个不一样的区域，一个在韧皮部，一个在构成层，并不是学界共同以为的维管安排中仅在构成层区域存在一个干细胞中心。

　　“那两个荧光信号激起了我的好奇心，也指引着尔后5年的研讨。”杜娟说，当年自己看到的，其实便是人们此前未真实“看清楚”过的区域。那里产生的事，关系到百年寿数之久的树木的茎干怎样变粗，以及木材是怎样构成的。

　　近五年来，杜娟经过选用三组不同层面的研讨战略与试验办法，初次建立起茎维管安排的空间转录组学的研讨技能办法，将电子显微镜调查与空间转录组测序的相结合，来追寻研讨杨树的茎从顶端原构成层干细胞逐渐发育构成次生维管安排干细胞的接连进程。

　　“解析这一接连发育进程中的细胞形状学与特征基因表达图谱，就能答复一系列问题。”杜娟解说说，空间转录组测序技能能够有显着效果地地将细胞的空间方位信息与细胞类型特异表达的特征基因信息一起解析出来，它能够回答调查到的干细胞的特征表达基因。

　　经过接连电镜切片的调查，杜娟发现杨树茎从初生成长阶段起就呈现了分解：茎顶端的原构成层干细胞的衍生细胞别离在离心方向（韧皮部）和向心（木质部）方向两个安排区域中，别离构成了形状差异明显的两类干细胞群。

　　“空间转录组学办法也再次清晰这一发现。”她介绍说，在韧皮部中的干细胞群，细胞形状特征与原构成层干细胞相似，具有细胞割裂才能，担任韧皮部细胞的构成；在维管构成层区域的干细胞群，由已知的构成层纺锤状原始细胞和射线原始细胞组成，担任木质部细胞的构成。

　　森林木本植物是陆地ECO的主体，也是陆地ECO最重要的贮碳库。木本植物经过光协效果，将太阳能和二氧化碳转化组成有机物储存在木材安排中，完结生物固碳。

　　杜娟表明，本次研讨为挑选维管安排发育与木材构成的要害调控因子进行分子育种、改进植物株型、调控植物成长发育与抗逆供给了新的研讨视角。在此基础上，团队还将进一步解析林木干细胞协同调控林木纵向高成长与径向加粗成长的机理，期望取得要害的候选功用基因，并应用于培养高效碳汇才能的林木新品种培养，以期取得高的附加价值的工业用材的林木新产品。