“上古有大椿者，以八千歲為春，八千歲為秋。”自古以來，植物所展現出的強大生命力，令人們對“永葆青春”“生命永續”充滿了遐想。在整個生命周期中，植物能夠持續不斷地產生新的枝、葉、花與果實，這源于分布在莖頂端、根尖等“生長中樞”的植物干細胞。那么，植物是如何維持其干細胞功能以實現強大的再生能力的?近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心楊衛兵團隊在國際學術期刊《科學》發表論文，為上述謎題提供了關鍵答案。
研究發現，在植物莖尖干細胞區域，新形成的細胞橫壁偏“軟”，富含去甲酯化果膠，而成熟的細胞壁則更“硬”，以高度甲酯化的果膠為主。這種“軟硬兼備”的時空構型對維持干細胞微環境穩態至關重要。研究進一步發現，植物能夠通過精確控制某些mRNA(信使分子)在特定時間和位置的分布，來精細調節細胞壁的微觀結構。這種調控幫助干細胞在合適的時間、以正確的方式進行分裂，從而確保植物正常發育和形態構建。因此，細胞壁結構的動態變化，實際上像是控制干細胞命運的一個“核心開關”，引導其在分裂、分化等不同狀態間轉換。
研究團隊進一步解析這一“核心開關”的運作機制——負責催化果膠“軟化”的關鍵酶PME5，其mRNA在轉錄后并不立即進入細胞質，而是被特異性滯留于細胞核內，形成一個與細胞周期同步的mRNA儲備庫。這種mRNA的核內隔離機制猶如一個預設的“時間膠囊”，確保了細胞壁修飾程序僅在細胞分裂的關鍵時間窗口被激活，從而實現新舊細胞壁性質的精確區分。研究證實，一旦該調控機制遭到破壞，植物會表現出細胞分裂模式紊亂、干細胞活性降低、分生組織發育終止等一系列缺陷。該研究不僅回答了植物干細胞命運決定這一核心科學問題，也揭示了一種全新的基因表達調控模式——mRNA核滯留。
值得關注的是，作物的株高、分蘗數、穗型和果實大小等關鍵農藝性狀都與干細胞活力密切相關。因此，基于“細胞壁精準設計”策略，該研究有望提升作物分生組織活性和產量潛力，為培育高產高效作物提供關鍵的理論支撐和技術路徑。據了解，團隊下一步會將研究成果應用于水稻等作物的育種。
責任編輯：陸迪
