人們通常認為干細胞具有生成或替換特化細胞的內(nèi)在能力。然而，紐約大學的一個生物學家小組證實，再生植株可以通過重演胚胎發(fā)育，用更成熟的細胞自然重建它們的干細胞。

“矛盾的是，這意味著在這一系統(tǒng)中并非干細胞直接生成植物組織，而是植物組織生成了干細胞，”研究的資深作者、紐約大學生物系副教授Kenneth Birnbaum解釋說。

在這項發(fā)表于《細胞》（Cell）雜志上的研究中，研究人員利用譜系追蹤研究植物根部再生確定了細胞的起源，利用活體成像觀察了一些組織的動態(tài)重組，并通過單細胞RNA測序分析了再生過程中轉變的細胞。

研究小組發(fā)現(xiàn)，在嚴重損傷除去根部的所有干細胞后，由已經(jīng)特化的許多不同類型的細胞補充了新的干細胞。為此，植物重演了胚胎發(fā)育步驟，首先構建出了一些特化的組織，組裝之后這些組織生成了一組新的干細胞。這表明實現(xiàn)長期生長的重要要素未必是具有生成細胞特性的干細胞，而是一起構建出干細胞行為的周圍組織。

這項研究對于植物如何保持它們眾所周知的長期生長和生產(chǎn)力具有重要影響。此外，許多細胞能夠協(xié)調(diào)再生對于一些重要糧食作物，如通過再生種植的木薯也具有重要意義。

Birnbaum說：“植物具有驚人的修復自身的能力，而一些動物系統(tǒng)與植物重建干細胞的方式有些相似之處。”

例如，近期的一些小鼠研究表明成年毛細胞和腸細胞可以“重建”它們的干細胞。

“我們不能誤認為一些植物基因?qū)⒖梢詭椭祟愒偕c干細胞重建相關的一些原理可以作為一種通用模型。”

Birnbaum說：“一個有趣的方面是，植物再生以不同的規(guī)模重復了胚胎信號。具體而言，一些發(fā)生在胚胎單細胞中的事件也發(fā)生在了更大受損組織內(nèi)許多細胞中。這就好像植物以新的規(guī)模疊加胚胎發(fā)育以適應受損組織。這給予了植物巨大的靈活性來修復受損身體部位。”

植物生物學家很久之前就發(fā)現(xiàn)了在分生組織調(diào)控干細胞增殖的CLAVATA-WUSCHEL通路。轉錄因子WUSCHEL能通過改變基因表達促進干細胞的增殖。在經(jīng)典CLAVATA-WUSCHEL通路中，干細胞會發(fā)回一個負面信號，對增殖信號進行抑制。冷泉港實驗室（CSHL）研究人員在玉米中發(fā)現(xiàn)了一個新干細胞通路，揭示了植物調(diào)控干細胞增殖的重要機制。這項研究于2016年5月發(fā)表在Nature Genetics雜志上。

細胞對于新細胞的不斷生成至關重要。盡管干細胞在推動植物生長與發(fā)育上發(fā)揮了重要的作用，關于它們的嚴密分子調(diào)控仍然有許多問題有待解答。來自比利時VIB研究所和根特大學的植物研究人員發(fā)現(xiàn)了干細胞復雜調(diào)控中的一個新步驟。他們的研究結果在線發(fā)表在2013年的Science雜志上。

全能干細胞能夠讓植物在整個生命周期中產(chǎn)生新的器官，是植物生長發(fā)育的源泉和信號調(diào)控中心，但是到目前為止，人們對于干細胞組織中心建立和維持的機制仍然知之甚少。現(xiàn)在來自中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所的李傳友課題小組發(fā)現(xiàn)了一個在植物根尖干細胞維持中起重要作用的基因，這一發(fā)現(xiàn)是植物干細胞研究上取得的一個重要進展。研究結果于2010年11月3日作為封面文章發(fā)表于國際著名雜志The Plant Cell上。