上海生科院提出植物芽从头再生的分子框架图

在合适培养环境条件下，植物离体组织或器官（也称为外植体）能够从头再生出新的分生组织。六十多年前，Skoog 和 Miller 发现细胞分裂素和生长素是诱导外植体从头建立茎尖或根尖分生组织的关键要素，但其中蕴含的分子机制尚不清晰。4 月 7 日，《植物细胞》（The Plant Cell）杂志在线发表了中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所王佳伟研究组题为 A Two-Step Model for de novo Activation of WUSCHEL during Plant Shoot Regeneration 的研究论文。该研究论文详细阐明了植物芽从头再生所发生的分子调控过程。

植物芽从头再生涉及两个过程：愈伤组织细胞到干细胞的转变；干细胞再分化建立起茎尖分生组织。WUS 是茎尖分生组织发育过程中的关键基因，其特异地表达在茎尖分生组织区域，表征组织中心区域。通过 RNA 原位杂交技术和活细胞成像技术，作者发现愈伤组织在成芽培养基（富含细胞分裂素）培养早期检测到 WUS 表达在特定愈伤细胞中，随后 WUS 细胞增殖参与茎尖分生组织建立，最终形成再生芽。进一步研究发现，WUS 的表达直接受到细胞分裂素信号途径关键因子——B 型 ARR 转录因子的调控。B 型 ARR 结合到 WUS 启动子区域，并激活 WUS 的表达。有趣的是，B 型 ARR 对 WUS 的激活具有严格的时空特性。一方面，高细胞分裂素环境会导致 WUS 座位 H3K27me3 表观抑制修饰逐渐丢失。WUS 座位由基因转录抑制状态向转录活跃态重编程，响应 B 型 ARR 的激活。另一方面，WUS 从头激活的空间特异性与小分子 RNA——miR165/ 6 靶标的 HD-ZIP III 转录因子密切相关。与 B 型 ARR 愈伤组织中的遍在表达不同，HD-ZIP III 仅在愈伤组织的部分细胞中表达。HD-ZIP III 能够特异性地与 B 型 ARR 结合，形成转录复合体激活 WUS，从而部分决定了 WUS 表达的空间特异性。这一系列研究成果回答了细胞分裂素如何调控芽从头再生的长期科学问题，并提出了芽从头再生发育的分子框架图。

山东农业大学张宪省研究团队和中科院遗传与发育生物学研究所焦雨铃研究团队也在 The Plant Cell 杂志上报道了类似的研究成果。

该研究由博士后张天奇等人完成，得到了国家自然科学基金委、科技部、博士后创新人才支持计划、上海市优秀学术带头人项目和植物分子遗传国家重点实验室的资助。