植物“常青不老”之谜揭晓

本报上海12月7日电 “古时有巨木大椿，据说一季春秋即需八千年。”植物自古被赋予强烈的生命力象征，令人对“青春常驻”“生生不息”充满向往。植物在生命周期中能源源不断地长出新的枝叶、花朵和果实，这一神奇能力主要归功于分布在茎尖、根尖等“生长核心”的干细胞。那植物究竟如何保持干细胞的活性，从而实现强大的再生和生长能力呢？近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心杨卫兵团队在国际期刊《科学》发表了相关研究成果，对这个问题给出了突破性的解释。

科研人员发现，在植物茎尖部位的干细胞区，新生成的细胞横壁质地相对“柔软”，其中含有大量去甲酯化果胶；而随着细胞成熟，细胞壁则变得更加“坚硬”，主要由高度甲酯化果胶组成。这种由“软”到“硬”的动态空间分布，维持了干细胞所处微环境的稳定。进一步研究显示，植物能够精准地调控特定mRNA在时间和空间上的定位，以此精细调节细胞壁的结构。这种机制保证了干细胞在适宜的阶段进行分裂和分化，有序推动植物发育和形态完善。由此可见，细胞壁的结构变化实际上像一个“主控开关”，决定着干细胞在分裂与分化等不同状态之间的切换。

课题组还深入解析了这个“主控开关”的具体运作方式：负责调节果胶柔软度的核心酶PME5，其mRNA在合成后，并不会马上进入细胞质，而是会被有选择性地保留在细胞核中，形成与细胞周期同步的“mRNA储备库”。这种mRNA核内隔离机制有如一个“时光胶囊”，确保细胞壁调控程序只在分裂的关键时刻被激活，使新老细胞壁性质有明确分界。研究证实，一旦这套调控系统失效，植物会出现细胞分裂异常、干细胞活性降低、分生组织发育阻断等现象。该成果不仅解答了植物干细胞功能如何决定其命运这一核心问题，更首次提出了mRNA核滞留这一全新基因表达调控模式。

值得注意的是，作物高度、分蘖、穗型及果实大小等重要性状都与干细胞活性息息相关。因此，基于“细胞壁精准调控”思路，这项研究有望提升农作物分生组织活性和增产能力，为高产高效作物培育提供新理论和技术方案。据悉，研究团队下一步将推动该机制在水稻等主要农作物育种中实现应用。