植物分生组织水分感知和干细胞活性调控研究获进展

近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心杨卫兵研究组，揭示了植物茎尖分生组织通过表皮特异性ATML1-PIP2;5模块感知和响应环境湿度变化，进而调控干细胞活性的分子机制。该工作阐明了水分稳态在植物器官发生和环境适应中的关键作用，为分生组织发育及植物水分调控机制的演化规律提供了新视角。

研究发现，植物茎尖分生组织处于局部高湿微环境中，能够主动感知湿度变化以维持分裂能力。当水分平衡被破坏时，干细胞活性受到抑制，导致器官发育受阻，影响整体植株生长。为解析水分动态过程，该团队与复旦大学季敏标课题组合作，将受激拉曼显微技术应用于植物研究，实现了在细胞水平对植物组织中水分交换过程的无损实时动态监测。

研究发现，在分子机制层面，水通道蛋白PIP2;5在茎尖分生组织表皮层特异性高表达，并受表皮关键转录因子ATML1直接调控。PIP2;5通过介导水分跨膜运输，动态维持干细胞区的水分平衡，从而赋予植物对环境湿度变化的快速响应能力。功能实验显示，PIP2;5活性丧失会延缓分生组织对湿度变化的响应。进一步，研究对1135份拟南芥种质资源进行单倍型分析发现，高水分转运活性的PIP2;5-Hap0单倍型分布于湿润气候区，低活性单倍型PIP2;5-Hap6在干旱地区占主导地位，呈现出明显的气候适应性分布模式，为水分感知通路受自然选择塑造提供了证据。

表皮介导的分生组织水分感知与响应机制在植物演化中高度保守。研究在早期陆生植物地钱和单子叶作物水稻中均发现类似的表皮特异性水分通路。水稻同源基因OsPIP1;1功能与拟南芥PIP2;5相似，其单倍型分布也与空气湿度相关。高表达单倍型OsPIP1;1-SNP^T多见于湿润地区，低表达单倍型OsPIP1;1-SNP^C偏好干旱环境，表明OsPIP1;1介导的水稻穗原基水分感知，同样受到气候驱动的自然选择。

这些发现为解析植物适应陆生环境的演化机制提供了新线索，并为挖掘植物可塑性潜力、培育环境适应性作物新品种提供了理论依据。

相关研究成果发表在《发育细胞》（Developmental Cell）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目的支持。

植物茎尖分生组织表皮细胞感知和响应环境湿度变化

分生组织水分稳态调控干细胞活性