美著名院士Science植物学重要成果

　　当生长的植物根推动自己通过土壤的时候，它的细胞有很多计划要做。新的细胞必须呈现适当的身份和位置，以形成不同的组织层次，给予植物根的根系结构，保护它不受外界环境的伤害，并确保它可以将运输的物质正确地送到植物的其他部位。

　　现在，美国杜克大学、西班牙马德里理工大学等处的科学家，确定了一组蛋白质，对于指导这个组织的形成，起到了非常广泛的作用。这些因子被称为BIRDs，可在植物生长时帮助根保持其组织结构，从而指导植物两个组织内层发育过程中的几个不同步骤。该研究是由美国科学院院士、杜克大学系统生物学中心主任Philip Benfey带领，相关研究结果发表在2015年10月23日的《Science》杂志。延伸阅读：万用的植物RNA提取法。

　　许多发育生物学研究的重点是：在胚胎发育过程中身体图式是如何建立的。在动物中，身体图式设置了成年人的基本形式。但是，在植物种子内形成的胚胎，与它们将变成的生物相差甚远。Benfey说：“在植物中，很多我们认为的发育生物学发生在胚胎后。”这意味着，植物必须继续指定新细胞的身份，并在胚胎发育完成后保持组织模式。

　　Benfey想知道，是什么控制着这些结构形成过程。他的研究主要集中在：在不断生长的植物中，细胞如何变成专门的细胞类型，构成根的四个同心圆柱体组织。根中的每一层组织都有专门不同的功能，从最外层的表皮——作为根与其环境的接口，到最内层的维管束——输送水和营养。

　　表皮与维管柱之间是皮层和内皮层。内皮层产生一种防水结构，称为凯氏带，而皮质为根提供根结构支持（并有可能执行其专门的功能）。这两个层面，在一起被称为基本组织，是由聚集在根尖端的干细胞组成。

　　罗氏qPCR反应预混液免费试用等你来!

　　不同于发育中的动物的细胞，植物细胞不能相对移动到另一个位置——这使得发育生物学家可以提前确定，根到底是怎样形成的。一旦细胞出世，它就停留在同一位置，因此细胞基本上会排成排，作为一条发育的时间轴，Benfey解释说：最小的细胞停留在根尖端，原始细胞旁边和上面的细胞逐渐更加成熟。

　　这帮助科学家弄清了以下的事件序列：为了给延伸的根产生新的组织，干细胞分裂，补充根尖的干细胞微环境，同时也在上面产生一个子细胞。该子细胞沿根的纵轴分裂，从而使两个产生的细胞并排放置。这对细胞内部的那个细胞，成为根内皮层的第一个细胞，另外那个细胞形成了皮层的开端。然后，这些细胞扩增形成两层基本组织。

　　Benfey和他的同事们发现，他们称为SHORT-ROOT和SCARECROW的两个因子，共同启动了这个进程，从而指导干细胞分化为两个不相同的细胞。他们也已经找到了这个过程需要的其他因子——一个密切相关的分子家族，他们称之为BIRDs。有迹象表明，BIRDs可能帮助corral SHORT-ROOT——这是在血管组织中产生的，进入发育的根的正确层面，以发挥其作用，但Benfey和他的同事们想更彻底地了解它们的作用。

　　Benfey'实验室的博士后Miguel A. Moreno-Risueno——现在马德里植物生物技术和基因组学中心，进行了一系列实验，他检测了“当生长的根缺失某种BIRD蛋白时，会发生什么事”。他发现，仅仅缺失一个BIRD蛋白的根，发育过程中没有缺陷。但是消除这些因子的组合，会产生一些戏剧性的效果。

　　在没有BLUEJAY、JACKDAW和SCARECROW的植物中，基本组织正常发育成胚胎，但是当植物成熟时便停止发育。产生基本组织和内皮的干细胞丢失。Benfey说：“在植物中，我们不知道是否还有其他这样的实例：突变因子的结合可导致一种组织完全消失。这有点像失去了一个肝脏。这个组织是植物的一个起作用的关键部分，但它完全消失了。”

　　BIRDs是转录因子，这意味着，它们通过调控靶基因的活性来发挥作用。Benfey的团队发现，当BIRDs缺失时，细胞无法打开对基本组织身份非常重要的基因。

　　总而言之，该研究小组的分析表明，BIRDs以一种互补的方式起作用——而不是一种线性的途径，以控制植物根部基本组织发育的关键方面。Benfey说：“所有这些因子都是形成皮层和内皮层所需要的。它们涉及到一个三步过程：指定干细胞、使干细胞正确分裂，然后获取它们后代的身份。

　　Benfey和他的同事们将继续调查“将植物根中的干细胞转化为分化组织的详细步骤”，从而获得对全面了解发育生物学至关重要的新见解。