研究發現植物幹細胞命運決定新機制

2020-09-22 中科院之聲

固著生長的高等植物能夠不斷調整器官發生和發育進程，從而適應複雜多變的環境條件。與動物相比，植物的生長發育表現超強的可塑性，這主要取決於其幹細胞組織結構。以模式植物擬南芥根尖分生組織為例，幹細胞組織中心（靜止中心，Quiescent center，QC）與其周圍幹細胞共同構成根尖幹細胞微環境，為根的生長發育持續不斷地提供細胞源。WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 5（WOX5）是一個在幹細胞組織中心特異表達的HOMEOBOX家族基因，對幹細胞組織中心的命運決定有至關重要作用。

一般認為，根尖幹細胞微環境的建立和維持受到兩條核心轉錄因子通路的嚴格控制：即縱向的PLETHORA（PLT）途徑和徑向的SHORTROOT（SHR）/SCARECROW（SCR）途徑。但這些轉錄因子如何精細調控WOX5的時空特異表達進而控制幹細胞組織中心的命運決定並不明確。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員李傳友研究組長期致力於根系可塑性發育的機理研究。其此前發現，逆境茉莉酸與生長素互作，通過改變幹細胞活性調控根系的可塑性發育，且調控損傷誘導的組織修復和根系再生過程。該課題組最新研究表明，動植物中保守的LIM-domain binding（LDB）家族轉錄調控因子SEUSS（SEU）調控幹細胞組織中心的命運決定。研究發現，seu突變體中WOX5表達顯著下降，且該突變體與wox5突變體呈現類似的幹細胞發育缺陷。深入研究表明，SEU作用於SHR/SCR通路正向調控WOX5表達和幹細胞組織中心的建立。SEU通過與轉錄因子SCR直接互作而被招募到WOX5啟動子；然後，SEU通過直接互作招募組蛋白甲基轉移酶SDG4至WOX5啟動子並誘導組蛋白H3第4位賴氨酸的三甲基化（H3K4me3），進而激活WOX5表達。該研究表明，SEU作為支架蛋白整合核心轉錄因子與表觀遺傳因子的功能, 形成SCR-SEU-SDG4轉錄複合體從而精確調控WOX5的時空特異表達和幹細胞組織中心的命運決定。

相關成果發表在The EMBO Journal上，博士研究生翟華偉、博士後張瀟月為論文共同第一作者，李傳友、中國農業大學教授周文焜為共同通訊作者。研究得到國家自然科學基金委、中科院王寬誠教育基金等項目的資助。

SEU整合遺傳因子SCR和表觀遺傳因子SDG4激活WOX5表達並調控QC特性建立的分子機制

來源：中國科學院遺傳與發育生物學研究所

相關焦點

  • 研究發現植物幹細胞命運決定新機制
    固著生長的高等植物能夠不斷調整器官發生和發育進程，從而適應複雜多變的環境條件。與動物相比，植物的生長發育表現超強的可塑性，這主要取決於其幹細胞組織結構。以模式植物擬南芥根尖分生組織為例，幹細胞組織中心（靜止中心，Quiescent center，QC）與其周圍幹細胞共同構成根尖幹細胞微環境，為根的生長發育持續不斷地提供細胞源。WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 5（WOX5）是一個在幹細胞組織中心特異表達的HOMEOBOX家族基因，對幹細胞組織中心的命運決定有至關重要作用。
  • 中科院:研究發現植物幹細胞命運決定新機制
    固著生長的高等植物能夠不斷調整器官發生和發育進程，從而適應複雜多變的環境條件。與動物相比，植物的生長發育表現超強的可塑性，這主要取決於其幹細胞組織結構。
  • 遺傳所李傳友研究組發現植物幹細胞命運決定新機制
    與動物相比，植物的生長發育表現超強的可塑性，這主要取決於其幹細胞組織結構。以模式植物擬南芥根尖分生組織為例，幹細胞組織中心 （靜止中心，Quiescent center, QC）與其周圍幹細胞共同構成根尖幹細胞微環境，為根的生長發育持續不斷地提供的細胞源。
  • 研究發現幹細胞譜系自我維持新機制
    細胞命運決定是發育生物學的基本問題。植物中細胞命運雖然靈活性較高，但也高度依賴於細胞譜系：即細胞經歷過的狀態決定當前狀態和未來發育潛能。中國科學院遺傳與發育生物學研究所焦雨鈴課題組長期研究植物側生分生組織的形成。側生分生組織位於高等植物葉腋，能夠形成新的生長點，與頂端分生組織具有類似的器官發生能力。形成側生分生組織的幹細胞從何而來？研究組前期工作發現，葉腋處一直維持未徹底分化的幹細胞團，是側生分生組織的前體細胞。這個幹細胞譜系持續表達分生組織標誌基因STM。這個幹細胞譜系如何維持？
  • Science：發現神經幹細胞命運的重要決定機制
    研究團隊發現，線粒體還會調控大腦發育過程中的關鍵事件：神經幹細胞如何成為神經細胞。在 8 月 14 日的《科學》雜誌上，一支由比利時天主教魯汶大學（VIK-KU Leuven, ULB）的 Pierre Vanderhaeghen 領導的比利時研究團隊發現，線粒體還會調控大腦發育過程中的關鍵事件：神經幹細胞如何成為神經細胞。線粒體在一段精準的時期內影響神經細胞命運轉換，這段時期在人體內持續的時長是小鼠體內的兩倍。
  • 復旦大學發現內耳幹細胞調控新機制—再登Stem Cells雜誌封面
    復旦大學發現內耳幹細胞調控新機制—再登Stem Cells雜誌封面 2020-07-08 17:46 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 研究發現植物氣孔開閉調控新機制
    為適應環境的影響，植物的氣孔會經常開閉，這對於植物平衡光合作用中二氧化碳的攝入和蒸騰過程中水分的釋放是很重要的。但植物氣孔開閉調控的機制仍在深入研究中。日前，來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院、中國浙江大學的一個聯合研究團隊發表在《植物細胞》雜誌的一篇綜述論文指出，葡萄糖是保衛細胞（植物氣孔的兩個「唇」）中主要的澱粉代謝產物，並且在藍光誘導的氣孔開放過程中，葡萄糖是氣孔的主要能量來源，這一發現有助於揭示植物氣孔開閉調控的新機制。保衛細胞中的澱粉降解是藍光誘導下氣孔打開的標誌之一。
  • SOX2/DDX5與R-loop協同調控體細胞重編程為誘導多能幹細胞新機制
    基因表達調控是決定細胞命運的重要因素，通過改變基因的表達模式即可實現對細胞命運的精準調控。比如運用Yamanaka四個轉錄因子（Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc）在體外就可將體細胞成功重編程為誘導多能幹細胞。
  • 研究揭示RNA甲基化修飾調控哺乳動物精原幹細胞微環境維持機制
    近期，中國科學院西北高原生物研究所研究員楊其恩課題組以小鼠為模型，揭示RNA甲基化修飾調控哺乳動物精原幹細胞微環境維持的新機制。成體幹細胞命運決定受到特殊微環境調控，在大多數組織中，微環境的形成和維持機制並不明確。精原幹細胞是一類經典的成體幹細胞，是哺乳動物精子發生的基礎。精原幹細胞自我更新和分化間的精準平衡依賴於體細胞信號，尤其是支持細胞分泌的生長因子，如GDNF、FGF2和CXCL12等。精原幹細胞命運決定異常引起的生殖細胞枯竭導致不育，而生殖細胞過度增殖導致腫瘤的出現。
  • 研究揭示細胞壁蛋白調控植物耐鹽的新機制
    研究揭示細胞壁蛋白調控植物耐鹽的新機制 2018-12-07 植物生理生態研究所 【字體：大該研究首次報導了細胞壁LRX蛋白通過與RALF多肽以及細胞膜受體類激酶FER形成一個元件來調控植物生長和耐鹽性。　　細胞壁不僅為細胞提供結構支持和保護，也是細胞感受外界環境脅迫的一個重要場所。
  • 山東農大揭示激素調控植物幹細胞的機理—新聞—科學網
    近日，山東農業大學教授張憲省帶領的研究團隊就在植物幹細胞領域研究取得重大突破，揭示了激素調控植物幹細胞活動的分子機理。6月2日，國際植物學領域頂級學術期刊《植物細胞》以《B類細胞分裂素響應因子通過對WUSCHEL基因的雙重調控作用決定幹細胞的活動》為題發表了這項研究成果。該成果對推動植物離體快繁和基因工程奠定了重要的理論基礎，這也標誌著我國在該領域的研究達到了國際領先水平。
  • 南開大學發現FACT調控胚胎幹細胞中MERVL的新機制
    之前的發現，多集中於研究H3組蛋白變體、修飾及對應的分子伴侶對ERV的表達調控，而對於其他組蛋白分子伴侶是否參與調控ERV的表達仍然未知。此外，2細胞胚胎與2細胞樣細胞中存在大量與MERVL融合的轉錄本，這些MERVL融合轉錄本是如何被抑制的也尚不清楚。
  • Cell Discovery:發現二甲雙胍抑制三陰乳腺癌幹細胞新機制
    近日，中國科學院昆明動物研究所陳策實課題組經過研究，進一步闡明了KLF5新的調控機制以及二甲雙胍抑制三陰乳腺癌幹細胞新機制，為臨床上二甲雙胍治療三陰性乳腺癌提供了理論依據，為三陰性乳腺癌靶向藥物的研發提供了新的靶點
  • 激素調控植物幹細胞分子機理揭示
    激素調控植物幹細胞分子機理揭示2017-06-06 18:24 來源： 科技日報 山東農業大學張憲省教授帶領的研究團隊在植物幹細胞領域研究取得了重大突破，揭示了激素調控植物幹細胞活動的分子機理。6月2日，國際植物學領域頂級學術期刊《植物細胞》發表了這項研究成果。該成果為推動更大範圍植物離體快繁、生物育種和基因工程奠定了重要的理論基礎。植物幹細胞主要存在於莖端、根端和形成層，莖端幹細胞通過不斷分裂與分化形成植物的地上部分；根端幹細胞形成植物的地下部分。外源施加細胞分裂素和生長素能夠在體外培養條件下誘導植株再生，是德國科學家Skoog和Miller在1957年的重大研究發現。
  • 研究發現TAF3調控ES細胞命運重要功能
    近日來自加州大學伯克利分校的研究人員在新研究中揭示了轉錄因子TAF3在決定胚胎幹細胞（ES cells）的分化命運中扮演了重要角色。
  • 《細胞-幹細胞》:膜張力可調控多能幹細胞命運
    Paluch等研究人員合作發現，膜張力參與ERK介導的多能細胞命運調節。相關論文於近日已發表在《細胞—幹細胞》雜誌上。為了探究形狀、力學和細胞命運之間的相互作用，研究人員使用了小鼠胚胎幹細胞（ESC），它們在進行早期分化時會改變形狀。研究人員發現形狀的變化是由β-連環蛋白介導的RhoA活性下降以及隨後質膜張力下降調節的。
  • 植物如何「防曬」？上海科學家發現植物不被紫外線「曬傷」新機制
    天熱了，植物如何不被紫外線「曬傷」？紫外光UV-B是太陽光的一部分，其中窄波段調控植物發育，全波段會引起脅迫，對植物造成損傷。引起脅迫反應的UV-B會破壞DNA，損害光合作用。植物通過積累「防曬霜」類黃酮，已經進化出有效的機制來防止或限制UV-B誘導的損傷。到達地球表面的UV-B水平，由時間、季節、緯度、海拔、樹蔭和許多其他因素決定。植物到底如何適應UV-B水平的變化，協調生長和UV-B脅迫反應，一直不為人所知。
  • 《當代生物學》告訴你:植物幹細胞的來源以及枝繁葉茂的秘密
    植物也有幹細胞嗎？我們所看到的植物生長出的分枝是以3D方式佔據空間的，這是它們適應環境的結果和關鍵。而幹細胞在其中發揮了重要作用，促進了新的生長軸的產生，那這些幹細胞到底從哪裡來？與動物不同，植物在整個生命中都是由一種專門含有幹細胞的組織-分生組織形成側器官。莖尖分生組織形成葉，而在葉腋處建立的芽則可以形成分枝。重要的是，芽是由腋生分生組織形成的，它與芽頂端分生組織具有相同的發育潛力。在先前的研究中，由IGDB領導的團隊指出，葉腋中保留了分生細胞譜系，以便為腋生分生組織的啟動提供祖細胞。
  • 這個關於植物幹細胞明星基因的故事「火了」!!
    首次解析明星基因WUS與STM互作關係植物幹細胞兩大基因「星星」相「吸」植物幹細胞研究不僅是植物發育生物學的核心研究命題，也是作物分子遺傳改良和植物生物技術產業化的重要基礎。STM與WUS是調控植物幹細胞發育的兩個明星基因。
  • 中國科學家發現植物幹細胞廣譜抗病毒機制
    中新社合肥10月9日電 植物如何抵抗病毒？中國科學技術大學趙忠教授團隊研究發現，一種植物幹細胞免疫病毒的關鍵因子，揭示了植物幹細胞的廣譜抗病毒機制。這一研究成果9日發表在國際著名學術期刊《科學》(Science)上。據介紹，科研團隊通過發育生物學和植物病毒學兩個領域的交叉研究，找到了植物幹細胞免疫病毒的關鍵因子——WUSCHEL(WUS)蛋白。