研究揭示了植物再生的秘密

植物具有從體細胞完全再生的獨特能力，即從通常不參與繁殖的普通細胞中生成新的芽頂分生組織(SAM)，從而形成側生器官，這對於植物的重建至關重要。

在細胞層面上，SAM的形成受到正向或負向調節因子(基因/蛋白質分子)的嚴密調控，分別可能誘導或限制芽再生。但是，涉及哪些分子？是否還有其他尚未揭示的調節層面？

為了尋找上述問題的答案，由日本奈良先端科學技術大學院大學(NAIST)領導的研究小組在常用於遺傳研究的植物擬南芥中研究了這一過程。他們的研究成果發表在《Science Advances》上，鑑定和表徵了一個關鍵的芽再生負調節因子。

他們證明了WOX13基因及其蛋白質如何通過作為轉錄(RNA水平)抑製劑來促進癒傷組織細胞的非分生(非分裂)功能，從而影響再生效率。

該研究的主要研究員Ikeuchi Momoko解釋道：“尋找提高植物芽再生效率的策略已經進行了很長時間。但是由於相關的調節機制尚不清楚，進展一直受到了阻礙。我們的研究填補了這一空白，定義了一個新的細胞命運規定通路。”

該團隊以前的研究已經確定了WOX13在移植後組織修復和器官粘附中的作用。因此，他們首先在wox13擬南芥突變體(具有WOX13功能失調的植物)中使用兩步細胞培養系統，測試了該基因在控制芽再生中的潛在作用。

表型和成像分析表明，缺乏WOX13的植物中芽再生加速(提前3天)，而誘導WOX13表達時則變慢。此外，在正常植物中，WOX13在SAM中顯示局部降低的表達水平。這些發現表明WOX13可以負調節芽再生。

為了驗證他們的發現，研究人員使用RNA測序在多個時間點比較了wox13突變體和野生型(正常)植物。 WOX13的缺失並沒有在癒傷誘導條件下顯著改變擬南芥基因表達。然而，在芽誘導條件下，wox13突變引起的改變顯著增強，導致芽分生組織調節因子基因的上調。

有趣的是，這些基因在突變植物中WOX13過度表達後的24小時內被抑制。總體而言，他們發現WOX13抑制了一部分芽分生組織調節因子，同時直接激活參與細胞擴張和細胞分化的細胞壁調節基因。隨後的基於Quartz-Seq2的單細胞RNA測序(scRNA-seq)證實了WOX13在規定多能癒傷組織細胞命運中的關鍵作用。

該研究強調，與其他已知的芽再生負調節因子不同，它們僅防止從癒傷轉向SAM，WOX13通過促進獲得替代命運來抑制SAM規定。它通過與調節因子WUS建立相互抑制的調節迴路來實現這種抑制，通過轉錄抑制WUS和其他SAM調節因子並誘導細胞壁調節劑來促進非分生細胞命運。

因此，WOX13是再生效率的主要調節因子。 Ikeuchi總結道：“我們的發現表明，敲除WOX13可以促進芽命運的獲得併增強芽再生效率。這意味著WOX13敲除可以成為農業和園藝中的一種工具，並提高組織培養介導的作物芽再生。”

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