自然界中存在着许多古树。植物似乎永远是生命力的代名词。它们在整个生命周期中不断产生新的枝、叶、花和果实。所有这些生命节律都源自一个中心细胞群：植物干细胞。分布于茎尖、根等“生长中心”。通过精确的分裂和分化绘制植物生长模型。全球约 390,000 种植物物种的多样化形态是由干细胞活性的精确控制决定的。植物如何维持干细胞功能并表现出强大的再生能力？这一中心问题是植物科学研究的重要前沿。从剑桥到上海，从博士后到研究员，中科院分子与植物科学卓越中心研究员颜卫兵研究员在这一研究方向上研究了10年，再次带领研究团队取得重大突破。akthroughs。北京时间2025年12月5日，杨伟斌团队在国际知名期刊《Science》上发表论文，为这一难题提供了重要答案。中国科学院植物分子科学中心博士生朱现苗和陈星为该论文的第一作者，杨卫兵为通讯作者。细胞壁长期以来被认为是植物细胞被动、静态的“外骨骼”，但新发现可能颠覆人们对细胞壁的传统认识。研究表明，细胞壁的机械特性在干细胞的调节中发挥着核心作用。在植物茎尖的细胞区域，细胞壁的主要成分果胶（果胶）呈现出独特的“双重分布”模式。新形成的细胞间壁“柔软”且富含去甲基化果胶。另一方面，成熟的细胞壁“更硬”并且主要由高度甲基化的es组成害怕果胶。这种“软硬”的时空结构对于维持干细胞微环境的稳态非常重要。拟南芥分生组织干细胞细胞壁的“双组分修饰”模式。本文所有照片均由中国科学院植物分子科学卓越中心提供。细胞壁的超微结构控制干细胞的稳态模式。研究还发现，植物可以在特定的时间和地点产生特定的mRNA（信使分子）。还发现，通过精确控制mRNA的分布，可以精确调控细胞壁的精细结构。这种控制有助于干细胞在正确的时间以正确的方式分裂，确保植物的正常发育和形态。在新的细胞壁中，果胶成分的去甲基酯化过程使细胞壁软化，使其更容易调整，从而使细胞可以灵活地确定分裂的方向和位置。在成熟细胞壁中，果胶保持高度甲酯化状态，有利于维持干细胞继续分裂的能力和组织稳定性。因此，细胞壁结构的动态变化实际上就像控制干细胞命运的“中央开关”，引导它们在分裂和分化等不同状态之间进行切换。对这个“中央开关”的运行机制进行更详细的分析，揭示了一个有趣的“例外”。 PME5是催化果胶“软化”的关键酶。其信使RNA（mRNA）转录后并不立即进入细胞质，而是特异地保留在细胞核中，形成与细胞周期同步的mRNA池。图书馆。只有当细胞分裂开始并且核膜解体时，这些被捕获的 mRNA 才会同时释放并立即转化为乐趣精确作用于新细胞壁的功能蛋白，以实现局部、定时和细胞壁特异性的“软化”控制。 PME5 转录本 (mRNA) 的核定位。这种核隔离mRNA的机制就像一个预先建立的“时间胶囊”，确保e细胞壁修饰程序仅在细胞分裂的关键时间段被激活，使我们能够准确地区分新旧细胞壁的特性。这种机制完美地解释了植物如何在相邻细胞区域保持不同的细胞壁机械特性。研究证实，当这种调节机制被破坏时，植物会表现出多种缺陷，包括细胞分裂模式改变、干细胞活性降低和分生组织发育停滞，从而证实细胞壁超微结构在干细胞活性中发挥着关键作用。这项研究不仅回答了有关植物干细胞命运决定的核心科学问题，同时也揭示了一种新的基因表达调控模式：mRNA在ncore中的保留。详细描述了 PME5 mRNA 在细胞内出现的位置和时间。这是一系列内部“时空协调程序”，智能地将干细胞增殖和细胞壁重塑两个过程联系起来，从而准确指导干细胞何时分裂和分化。值得注意的是，这种调节机制在玉米、大豆、西红柿和其他作物中高度保守。作物的主要农艺性状，如株高、分蘖数、穗形、果实大小等，与干细胞活性密切相关。基于“精准细胞壁设计”策略，该研究成果有望帮助提高作物分生组织活性和产量潜力，为作物高效、高性能生长提供重要理论支撑和技术途径，保障国家粮食安全，助力实现“二氧化碳减排”目标。
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细胞壁是植物的“长寿秘诀”吗？我国植物干细胞研究取得重大进展
