人們通常認(rèn)為干細(xì)胞具有生成或替換特化細(xì)胞的內(nèi)在能力。然而，紐約大學(xué)的一個(gè)生物學(xué)家小組證實(shí)，再生植株可以通過重演胚胎發(fā)育，用更成熟的細(xì)胞自然重建它們的干細(xì)胞。

“矛盾的是，這意味著在這一系統(tǒng)中并非干細(xì)胞直接生成植物組織，而是植物組織生成了干細(xì)胞，”研究的資深作者、紐約大學(xué)生物系副教授Kenneth Birnbaum解釋說。

在這項(xiàng)發(fā)表于《細(xì)胞》（Cell）雜志上的研究中，研究人員利用譜系追蹤研究植物根部再生確定了細(xì)胞的起源，利用活體成像觀察了一些組織的動(dòng)態(tài)重組，并通過單細(xì)胞RNA測(cè)序分析了再生過程中轉(zhuǎn)變的細(xì)胞。

研究小組發(fā)現(xiàn)，在嚴(yán)重?fù)p傷除去根部的所有干細(xì)胞后，由已經(jīng)特化的許多不同類型的細(xì)胞補(bǔ)充了新的干細(xì)胞。為此，植物重演了胚胎發(fā)育步驟，首先構(gòu)建出了一些特化的組織，組裝之后這些組織生成了一組新的干細(xì)胞。這表明實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期生長(zhǎng)的重要要素未必是具有生成細(xì)胞特性的干細(xì)胞，而是一起構(gòu)建出干細(xì)胞行為的周圍組織。

這項(xiàng)研究對(duì)于植物如何保持它們眾所周知的長(zhǎng)期生長(zhǎng)和生產(chǎn)力具有重要影響。此外，許多細(xì)胞能夠協(xié)調(diào)再生對(duì)于一些重要糧食作物，如通過再生種植的木薯也具有重要意義。

Birnbaum說：“植物具有驚人的修復(fù)自身的能力，而一些動(dòng)物系統(tǒng)與植物重建干細(xì)胞的方式有些相似之處。”

例如，近期的一些小鼠研究表明成年毛細(xì)胞和腸細(xì)胞可以“重建”它們的干細(xì)胞。

“我們不能誤認(rèn)為一些植物基因?qū)⒖梢詭椭祟愒偕?，但與干細(xì)胞重建相關(guān)的一些原理可以作為一種通用模型。”

Birnbaum說：“一個(gè)有趣的方面是，植物再生以不同的規(guī)模重復(fù)了胚胎信號(hào)。具體而言，一些發(fā)生在胚胎單細(xì)胞中的事件也發(fā)生在了更大受損組織內(nèi)許多細(xì)胞中。這就好像植物以新的規(guī)模疊加胚胎發(fā)育以適應(yīng)受損組織。這給予了植物巨大的靈活性來修復(fù)受損身體部位。”

植物生物學(xué)家很久之前就發(fā)現(xiàn)了在分生組織調(diào)控干細(xì)胞增殖的CLAVATA-WUSCHEL通路。轉(zhuǎn)錄因子WUSCHEL能通過改變基因表達(dá)促進(jìn)干細(xì)胞的增殖。在經(jīng)典CLAVATA-WUSCHEL通路中，干細(xì)胞會(huì)發(fā)回一個(gè)負(fù)面信號(hào)，對(duì)增殖信號(hào)進(jìn)行抑制。冷泉港實(shí)驗(yàn)室（CSHL）研究人員在玉米中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新干細(xì)胞通路，揭示了植物調(diào)控干細(xì)胞增殖的重要機(jī)制。這項(xiàng)研究于2016年5月發(fā)表在Nature Genetics雜志上。

細(xì)胞對(duì)于新細(xì)胞的不斷生成至關(guān)重要。盡管干細(xì)胞在推動(dòng)植物生長(zhǎng)與發(fā)育上發(fā)揮了重要的作用，關(guān)于它們的嚴(yán)密分子調(diào)控仍然有許多問題有待解答。來自比利時(shí)VIB研究所和根特大學(xué)的植物研究人員發(fā)現(xiàn)了干細(xì)胞復(fù)雜調(diào)控中的一個(gè)新步驟。他們的研究結(jié)果在線發(fā)表在2013年的Science雜志上。

全能干細(xì)胞能夠讓植物在整個(gè)生命周期中產(chǎn)生新的器官，是植物生長(zhǎng)發(fā)育的源泉和信號(hào)調(diào)控中心，但是到目前為止，人們對(duì)于干細(xì)胞組織中心建立和維持的機(jī)制仍然知之甚少?，F(xiàn)在來自中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的李傳友課題小組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)在植物根尖干細(xì)胞維持中起重要作用的基因，這一發(fā)現(xiàn)是植物干細(xì)胞研究上取得的一個(gè)重要進(jìn)展。研究結(jié)果于2010年11月3日作為封面文章發(fā)表于國(guó)際著名雜志The Plant Cell上。