上海生科院发现植物芽再生能力随年龄降低的分子机制
2月4日，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An Intrinsic MicroRNA Timer Regulates Progressive Decline in Shoot Regenerative Capacity in Plants 的研究论文。该研究论文报道了植物芽再生能力随年龄降低的分子机制。
再生能力随年龄增加而逐渐降低是生命体的普遍现象。植物细胞具有全能性，在一定的外界环境条件下，离体植物组织可以诱导再生出整棵植株。在此过程中，生长素（Auxin）和细胞分裂素（Cytokinin）在其中扮演着重要的角色：细胞分裂促进芽的分化，而生长素诱导根的分化。在该项研究工作中，博士生张天奇等人发现，植物的芽再生能力伴随年龄增长而递减。虽然幼年期和成年期叶片的细胞分裂素含量没有差异，但是提高细胞分裂素浓度可以回复成年期植物叶片再生能力下降的缺陷。进一步研究表明，在拟南芥和烟草中，年龄途径关键调控因子miR156的含量与植物芽再生能力呈正相关：过量表达miR156可以显著提高叶片的芽再生率。
从分子机制上看，随着植物年龄的增长，miR156的表达逐渐降低，导致了其靶基因SPL类转录因子含量的上升。SPL可以与细胞分裂素信号途径的关键转录因子B-type ARR结合，导致B-type ARR的转录激活活性受到抑制，呈现细胞分裂素的不敏感性，进而导致芽再生能力的下降。这一研究成果表明，年龄途径可以通过调控细胞分裂素的信号输出调控植物的再生能力，合理地解释了在组织培养过程中往往选取幼年期的材料作为外植体的原因。同时这一发现也提示，年龄可能是植物细胞全能性的一个重要调控因素，对提高植物再生成功率和保护濒危稀有树木具有潜在的应用价值。
该研究得到了国家自然科学基金、科技部“973”项目、上海市浦江人才项目、中组部青年千人计划和植物分子遗传国家重点实验室的资助。
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