Science：新研究对植物细胞如何分裂提出新的见解

每次干细胞分裂时，一个子细胞仍然是干细胞，而另一个则开始了自己的发育之旅。但两个子细胞都需要特定和不同的细胞材料来完成它们的命运。动物干细胞利用细胞骨架在分裂过程中把正确的材料从亲代细胞拉到每个子细胞。植物的干细胞也需要将不同的材料分配给每个子细胞，但早期的研究似乎已经排除了“动物式”的细胞骨架来完成这项任务。在此之前，植物用什么来代替它们一直是难以捉摸的。

在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员发现，植物细胞也使用细胞骨架。但这里有一个转折。他们研究的植物细胞没有像动物干细胞那样拉动细胞骨架，而是实际上将它推开。相关研究结果发表在2023年7月7日的Science期刊上，论文标题为“Cortical polarity ensures its own asymmetric inheritance in the stomatal lineage to pattern the leaf surface”。

这项新发现可能有助于科学家们设计出更能适应不断变化的环境的植物---随着世界继续面临气候变化，这是一项关键的任务。

论文共同通讯作者兼论文第一作者、斯坦福大学前博士后研究员Andrew Muroyama说，“了解动物干细胞如何分裂，对了解多种人类疾病非常重要，并对转化医学产生影响。我有类似的希望，那就是提高我们对植物中干细胞如何分裂的理解，可能会为未来的工程应用提供参考。”

论文共同通讯作者斯坦福大学人文与科学学院生物学教授Dominique Bergmann及其研究团队通过研究极性复合物（polarity complex）---较小的蛋白簇在每个细胞中对构建适当大小和形状的叶片至关重要---开始了这项新的研究。极性复合物帮助分裂的叶干细胞（leaf stem cell）自我定位。

图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.add6162。

Muroyama说，“植物干细胞使用这些极性蛋白来决定在哪里进行分裂。我们知道这些极性蛋白参与了分裂，但我们不知道它们如何在分子水平上控制这一过程。”

为了研究这些极性蛋白质如何工作的，该团队开发了表达极性复合物和细胞骨架蛋白的荧光版本的植物细胞系，然后在让它们黑暗的房间里呆了数百个小时，并追踪在细胞生长、分裂以及不断重复时追踪这些发出荧光的蛋白的运动。

他们很快观察到，一些细胞没有按照通常支配植物细胞分裂的“最短细胞壁规则（shortest wall rule）”进行分裂。虽然植物细胞被期望建立最小的---因此也是能量上最保守的---细胞壁来分裂细胞，但在某些情况下，极性复合物恰好位于需要建立细胞壁的地方。不知何故，它阻碍了细胞壁建造。通过一系列严格的实验，他们得出结论极性复合物推开微管，不然微管会使得细胞壁的构建成为可能。

Bergmann说，“极性复合物就像，‘如果你们中的任何一个微管试图侵入我的区域，我就会把你们赶走。我真地会造成一场灾难---这是完全破坏微管的技术术语---所以你不能侵入这个区域。’”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Andrew Muroyama et al. Cortical polarity ensures its own asymmetric inheritance in the stomatal lineage to pattern the leaf surface. Science, 2023, doi:10.1126/science.add6162.