中科院：研究發現植物幹細胞命運決定新機制

固著生長的高等植物能夠不斷調整器官發生和發育程序，從而適應複雜多變的環境條件。與動物相比，植物的生長發育表現超強的可塑性，這主要取決於其幹細胞組織結構。以模式植物擬南芥根尖分生組織為例，幹細胞組織中心（靜止中心，Quiescent center，QC）與其周圍幹細胞共同構成根尖幹細胞微環境，為根的生長發育持續不斷地提供細胞源。WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 5（WOX5）是一個在幹細胞組織中心特異表達的HOMEOBOX家族基因，對幹細胞組織中心的命運決定有至關重要作用。

一般認為，根尖幹細胞微環境的建立和維持受到兩條核心轉錄因子通路的嚴格控制：即縱向的PLETHORA（PLT）途徑和徑向的SHORTROOT（SHR）/SCARECROW（SCR）途徑。但這些轉錄因子如何精細調控WOX5的時空特異表達進而控制幹細胞組織中心的命運決定並不明確。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員李傳友研究組長期致力於根系可塑性發育的機理研究。其此前發現，逆境茉莉酸與生長素互作，透過改變幹細胞活性調控根系的可塑性發育，且調控損傷誘導的組織修復和根系再生過程。該課題組最新研究表明，動植物中保守的LIM-domain binding（LDB）家族轉錄調控因子SEUSS（SEU）調控幹細胞組織中心的命運決定。研究發現，seu突變體中WOX5表達顯著下降，且該突變體與wox5突變體呈現類似的幹細胞發育缺陷。深入研究表明，SEU作用於SHR/SCR通路正向調控WOX5表達和幹細胞組織中心的建立。SEU透過與轉錄因子SCR直接互作而被招募到WOX5啟動子；然後，SEU透過直接互作招募組蛋白甲基轉移酶SDG4至WOX5啟動子並誘導組蛋白H3第4位賴氨酸的三甲基化（H3K4me3），進而啟用WOX5表達。該研究表明，SEU作為支架蛋白整合核心轉錄因子與表觀遺傳因子的功能， 形成SCR-SEU-SDG4轉錄複合體從而精確調控WOX5的時空特異表達和幹細胞組織中心的命運決定。

相關成果發表在The EMBO Journal上，博士研究生翟華偉、博士後張瀟月為論文共同第一作者，李傳友、中國農業大學教授周文焜為共同通訊作者。研究得到國家自然科學基金委、中科院王寬誠教育基金等專案的資助。

來源：中國科學院遺傳與發育生物學研究所