植物的大部分隱藏在地下。這種埋藏的根系對(duì)植物至關(guān)重要：它提供穩(wěn)定性，水和食物。與哺乳動(dòng)物相比，身體計(jì)劃在出生時(shí)是最終的，新根分支的形成確保了根系在整個(gè)植物的生命中不斷增長(zhǎng)。Ive De Smet教授和Tom Beeckman教授(VIB-UGent植物系統(tǒng)生物學(xué)中心)的實(shí)驗(yàn)室，以及英國(guó)諾丁漢大學(xué)，德國(guó)海德堡大學(xué)和哥本哈根大學(xué)(丹麥)的研究人員控制植物根枝發(fā)育的新組成部分。他們的研究結(jié)果將于本周發(fā)表在“美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊”上。

Ive De Smet教授和他的團(tuán)隊(duì)研究植物如何應(yīng)對(duì)不斷變化的環(huán)境，特別是極端溫度和干旱脅迫。Tom Beeckman教授和他的團(tuán)隊(duì)探討了(側(cè)向)根的進(jìn)化和發(fā)展。在植物中，新器官一直在形成。要做到這一點(diǎn)，必須嚴(yán)格控制新器官的形成時(shí)間和地點(diǎn)，以及構(gòu)成該器官的細(xì)胞如何生長(zhǎng)和分裂。

為了研究植物中的器官形成，研究人員使用根分支作為模型系統(tǒng)。這個(gè)過(guò)程沿著生長(zhǎng)的根部不斷發(fā)生，不斷增加根系，并且需要細(xì)胞中不對(duì)稱細(xì)胞分裂的極其微調(diào)協(xié)調(diào)，這可以產(chǎn)生新的根，同時(shí)周圍組織中的過(guò)程同步。這確保了根以最佳方式生長(zhǎng)，以利用土壤中的養(yǎng)分和水分。

Ramakrishna博士(諾丁漢大學(xué))是該研究的第一作者，他解釋了研究小組是如何發(fā)現(xiàn)植物控制的新成分：“為了確定控制根分枝的新因素，我們探索了哪些基因在這個(gè)過(guò)程的早期階段。這導(dǎo)致了細(xì)胞壁修飾酶的識(shí)別 - 一種調(diào)節(jié)化學(xué)反應(yīng)的分子 - 控制細(xì)胞分裂，導(dǎo)致新根的生長(zhǎng)。編碼這種基因的基因突變酶導(dǎo)致根細(xì)胞膨脹，從而產(chǎn)生新的側(cè)根，并導(dǎo)致在根分枝形成過(guò)程中第一次不對(duì)稱細(xì)胞分裂的后續(xù)缺陷。

這些結(jié)果表明，非常嚴(yán)格的細(xì)胞大小調(diào)節(jié)會(huì)影響細(xì)胞分裂的位置，從而影響新根分支的位置和生長(zhǎng)。鑒定在介導(dǎo)植物干細(xì)胞分裂的細(xì)胞外空間中起作用的細(xì)胞壁酶表明我們需要在未來(lái)的研究中考慮更廣泛的蛋白質(zhì)以解開(kāi)根分枝的過(guò)程。

Tom Beeckman教授(VIB-UGent)補(bǔ)充說(shuō)：“鑒定這種酶只是第一步。下一個(gè)挑戰(zhàn)是解開(kāi)這些細(xì)胞壁修飾如何控制細(xì)胞大小以及如何在根分枝過(guò)程中與其他分子過(guò)程協(xié)調(diào)。”

Ive De Smet教授(VIB-UGent)繼續(xù)說(shuō)道：“最終，我們努力了解植物如何應(yīng)對(duì)不斷變化的環(huán)境。改善根系結(jié)構(gòu)有助于在惡劣的環(huán)境條件下穩(wěn)定植物產(chǎn)量。”

這項(xiàng)研究及其開(kāi)辟的新研究途徑可能會(huì)帶來(lái)創(chuàng)新技術(shù)，以改善根系結(jié)構(gòu)，有利于提高作物產(chǎn)量，使植物更能抵抗干旱和營(yíng)養(yǎng)壓力。