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李来庚研究组发现调控树木生长新的信号分子

       地球上高等植物包括有一年生和多年生类型。一年生植物的生长是基于顶端和根尖干细胞的分生能力,而多年生树木能够维持几百年,甚至上千年的生长,除顶端和根尖干细胞外,还依靠维管形成层干细胞的分生能力。形成层细胞分裂使茎秆不断增粗,提供机械支撑,同时通过不断形成新的木质部组织维持水分和矿质营养长途运输通道的功能正常,以及形成韧皮部组织将光合产物运输至树木各个器官和组织供生长发育所需。长期维持形成层细胞分裂活性不仅影响树木木材组织的形成,而且是树木老而不死的根本原因。多年生树木形成层细胞如何维持它持续的分裂活性?是什么分子机制使得树木能够协调木质部与韧皮部组织的产生?这些都是受到高度关注却仍然没有解决的重要科学问题。

       中国科学院分子植物科学卓越创新中心/极速pk10彩票李来庚研究团队长期致力于树木生长发育与木材形成的研究,探索培育速生优质林木的新技术。近期,李来庚研究组发现一个编码短肽分子CLE20的基因,在杨树新形成的木质部细胞(图中黄色部分)中特异表达,所编码的短肽分子却移动到维管形成层细胞(图中紫色部分)。过量表达这个基因导致茎干增粗缓慢,木质部(木材)形成减少。进一步研究发现CLE20短肽分子在分生细胞中可以作为信号分子被相关受体识别,抑制细胞分裂活性关键转录因子(WOX4)的表达。这样CLE20分子通过调控维管形成层细胞分裂活性,进而控制木材形成(如图所示)。大约10年前,有人发现了韧皮部(图中蓝色部分)可产生CLE41分子,移动到维管形成层细胞发挥作用,促进细胞分裂活性。这两个发现说明CLE20 和CLE41作为一对正负信号分子,使维管形成层细胞分裂通过响应不同信号,维持一个持续稳定状态,确保树木茎秆生长得以协调和持续进行。该发现揭示了一条新的调节维管形成层活性的分子信号途径,为树木生长发育研究开拓了新的方向。

       相关研究成果于2019年6月14日在线发表在Plant Biotechnology Journal杂志发表了题为“A xylem-produced peptide PtrCLE20 inhibits vascular cambium activity in Populus”的研究论文。朱莹莹(现兰州大学研究员)和宋东亮为本论文共同第一作者,李来庚为通讯作者。本研究得到了国家自然基金委、科技部和中科院等项目的资助。

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