李來庚研究組發現調控樹木生長新的信號分子

       地球上高等植物包括有一年生和多年生類型。一年生植物的生長是基于頂端和根尖干細胞的分生能力,而多年生樹木能夠維持幾百年,甚至上千年的生長,除頂端和根尖干細胞外,還依靠維管形成層干細胞的分生能力。形成層細胞分裂使莖稈不斷增粗,提供機械支撐,同時通過不斷形成新的木質部組織維持水分和礦質營養長途運輸通道的功能正常,以及形成韌皮部組織將光合產物運輸至樹木各個器官和組織供生長發育所需。長期維持形成層細胞分裂活性不僅影響樹木木材組織的形成,而且是樹木老而不死的根本原因。多年生樹木形成層細胞如何維持它持續的分裂活性?是什么分子機制使得樹木能夠協調木質部與韌皮部組織的產生?這些都是受到高度關注卻仍然沒有解決的重要科學問題。

       中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所李來庚研究團隊長期致力于樹木生長發育與木材形成的研究,探索培育速生優質林木的新技術。近期,李來庚研究組發現一個編碼短肽分子CLE20的基因,在楊樹新形成的木質部細胞(圖中黃色部分)中特異表達,所編碼的短肽分子卻移動到維管形成層細胞(圖中紫色部分)。過量表達這個基因導致莖干增粗緩慢,木質部(木材)形成減少。進一步研究發現CLE20短肽分子在分生細胞中可以作為信號分子被相關受體識別,抑制細胞分裂活性關鍵轉錄因子(WOX4)的表達。這樣CLE20分子通過調控維管形成層細胞分裂活性,進而控制木材形成(如圖所示)。大約10年前,有人發現了韌皮部(圖中藍色部分)可產生CLE41分子,移動到維管形成層細胞發揮作用,促進細胞分裂活性。這兩個發現說明CLE20 和CLE41作為一對正負信號分子,使維管形成層細胞分裂通過響應不同信號,維持一個持續穩定狀態,確保樹木莖稈生長得以協調和持續進行。該發現揭示了一條新的調節維管形成層活性的分子信號途徑,為樹木生長發育研究開拓了新的方向。

       相關研究成果于2019年6月14日在線發表在Plant Biotechnology Journal雜志發表了題為“A xylem-produced peptide PtrCLE20 inhibits vascular cambium activity in Populus”的研究論文。朱瑩瑩(現蘭州大學研究員)和宋東亮為本論文共同第一作者,李來庚為通訊作者。本研究得到了國家自然基金委、科技部和中科院等項目的資助。

       論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13187

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