对植物细胞如何分裂的新见解

每次干细胞分裂时，一个子细胞仍然是干细胞，而另一个子细胞则开始自己的发育之旅。但这两个子细胞都需要特定且不同的细胞材料来完成它们的命运。动物干细胞利用细胞骨架(结构性小管的瞬时网络)在分裂过程中将正确的物质从母细胞物理拉入每个子细胞。植物也有干细胞，需要将不同的物质分配给每个子细胞，但早期的研究似乎已经排除了“动物式”细胞骨架来完成这项任务。直到现在，植物使用的是什么仍然难以捉摸。

在 7 月 6 日发表在《科学》杂志上的一项新研究中 ，斯坦福大学的研究人员发现植物细胞也使用细胞骨架。但有一个转折。他们研究的植物细胞实际上将细胞骨架推开，而不是像动物干细胞那样拉动细胞骨架。

“而不是用细胞骨架说，‘这样划分!’ 植物说：“不要这样划分!” 斯坦福大学前博士后、现任加州大学圣地亚哥分校助理教授、该论文的主要作者安德鲁·室山 (Andrew Muroyama) 说道。

这一新发现可以帮助研究人员设计出更能适应不断变化的环境的植物——随着世界继续面临气候变化，这是一项至关重要的任务。

“了解干细胞在动物体内如何分裂对于了解各种人类疾病非常重要，并影响了转化医学，”室山说。“我也有类似的希望，提高我们对植物干细胞如何分裂的理解可能会为未来的工程应用提供信息。”

以灾难为威胁阻止围墙建设

人文与科学学院生物学教授 Shirley R. 和 Leonard W. Ely, Jr. 教授 Dominique Bergmann实验室 的 研究人员 通过研究极性复合物(对每个细胞至关重要的小蛋白质簇)开始了这项工作构建适当大小和形状的叶子。极性复合物帮助分裂的叶干细胞自我定向。“干细胞利用这些极性蛋白来决定分裂的位置，”室山说。“我们知道这些蛋白质参与分裂，但我们不知道它们如何在分子水平上控制该过程。”

为了研究这些蛋白质的工作原理，研究小组开发了表达极性复合物和细胞骨架蛋白荧光版本的植物细胞系，然后在暗室中花费数百小时，跟踪发光蛋白质在细胞生长、分裂和重复过程中的运动。

他们很快观察到，一些细胞没有根据“最短壁规则”进行分裂，该规则通常控制植物细胞分裂。虽然植物细胞预计会构建最小的(因此也是最积极保守的)细胞分裂壁，但在某些情况下，极性复合体正好位于需要构建该壁的位置。不知何故，它阻碍了施工。通过一系列严格的实验，研究人员得出结论，极性复合物正在推开微管，否则微管可以形成墙。

“极性复合体就像是，‘如果你们中的任何一个微管试图侵入我的区域，我就会把你们赶走。我真的会造成一场灾难——这是完全破坏微管的技术术语——所以你无法侵入这个区域，”伯格曼说。

气候变化的管理

伯格曼的实验室对恢复力感兴趣——植物如何应对不断变化的环境。植物通过改变叶子或树枝的模式，或者呼吸或储存糖的速率来生存。

“这项研究可能会导致干细胞行为可以调整的应用，例如，改变植物结构，或帮助植物适应不断变化的气候，”室山说。

关于如何响应环境信号的决定是由干细胞指导的。在此过程中，伯格曼将极性复合物与施工经理进行了比较，给出了确保干细胞正确分裂的方向。

“施工经理接收来自环境的信号，决定做什么，并告诉细胞，‘是的，你应该分裂。’ 但随后它也说，‘现在你们已经分裂了。去寻找你的财富吧，”伯格曼说。

既然研究人员知道了这个管理器的工作原理，他们就可以确定它在上游和下游流程中的作用，并找出利用其力量的方法。

“极性复合体到底是如何运作的，我们仍然需要弄清楚，”伯格曼说。“你如何获得所有这些能够产生非常酷的特殊细胞的植物——产生有趣形状的细胞、产生有趣化学物质的细胞、对某些刺激做出反应的细胞?我们可以设计让它发生吗?”