綠蘿剪枝就發(fā)芽？中科院實(shí)驗(yàn)解密，植物干細(xì)胞藏“軟硬開(kāi)關(guān)”密碼

哈嘍，大家好，我是小墨，家里養(yǎng)過(guò)綠蘿的都知道，剪一段枝條泡水里，不出一周就能冒根發(fā)芽；月季更是厲害，春天剪枝扦插，夏天就能開(kāi)花。

植物這種不停萌發(fā)新枝新葉、持續(xù)開(kāi)花結(jié)果的本事，藏著一個(gè)核心秘密，植物干細(xì)胞。

它們就住在莖尖、根尖這些“生長(zhǎng)司令部”里，指揮著植物從一顆種子長(zhǎng)到枝繁葉茂，

最近，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的研究，就把這個(gè)“青春密碼”給徹底解開(kāi)了。

植物干細(xì)胞能精準(zhǔn)分裂分化，全靠一層“外骨骼”，細(xì)胞壁。研究團(tuán)隊(duì)在擬南芥身上做了大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)莖尖干細(xì)胞區(qū)域的細(xì)胞壁，藏著個(gè)“軟硬兼?zhèn)洹钡男〖记桑盒滦纬傻募?xì)胞橫壁偏“軟”，富含去甲酯化果膠，

成熟的細(xì)胞壁則偏“硬”，是以高度甲酯化的果膠為主。這兩種狀態(tài)的搭配，直接決定了干細(xì)胞怎么長(zhǎng)。

中國(guó)農(nóng)科院植物生理研究所的李娟研究員，專(zhuān)門(mén)做過(guò)一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。她的團(tuán)隊(duì)在擬南芥莖尖干細(xì)胞區(qū)域，人為提高新生細(xì)胞壁的甲酯化程度，也就是讓本該“軟”的新壁變“硬”，結(jié)果干細(xì)胞分裂方向全亂了，原本整齊向上的莖尖，長(zhǎng)成了一團(tuán)亂麻，

反過(guò)來(lái)，讓成熟細(xì)胞壁變“軟”，干細(xì)胞就會(huì)失去穩(wěn)定性，不停分裂卻不分化，最后形成一個(gè)鼓鼓的“小瘤子”。

這背后的指揮者是特定的mRNA（信使分子）。這些分子會(huì)精準(zhǔn)控制果膠的甲酯化程度，給新生細(xì)胞“定制”軟壁，方便調(diào)整分裂方向，

給成熟細(xì)胞“打造”硬壁，維持整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。就像蓋房子，剛搭的框架要靈活調(diào)整位置，砌好的承重墻就要堅(jiān)固穩(wěn)定。這種動(dòng)態(tài)調(diào)控，就是植物干細(xì)胞的第一個(gè)“青春密碼”。

研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了更精妙的機(jī)制：調(diào)控細(xì)胞壁軟化的關(guān)鍵酶PME5，它的mRNA會(huì)先“躲”在細(xì)胞核里，不著急發(fā)揮作用。直到細(xì)胞要分裂時(shí)，這些mRNA才會(huì)準(zhǔn)時(shí)“沖”到細(xì)胞質(zhì)里，快速合成蛋白質(zhì)，給新生細(xì)胞壁“軟化”指令。

這種核內(nèi)滯留的操作，就像一個(gè)預(yù)設(shè)的“時(shí)間膠囊”，卡著點(diǎn)釋放指令。

團(tuán)隊(duì)里的張磊博士，為了觀察這個(gè)過(guò)程，連續(xù)一周泡在實(shí)驗(yàn)室里。他用熒光標(biāo)記了PME5的mRNA，在顯微鏡下清楚看到：平時(shí)這些mRNA都聚集在細(xì)胞核里，發(fā)出微弱的綠光；當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入分裂期，核膜一解體，綠光就像開(kāi)了閘的洪水一樣涌向細(xì)胞質(zhì)，整個(gè)過(guò)程不到10分鐘。“就像部隊(duì)接到命令立刻行動(dòng)，一點(diǎn)不耽誤”，張磊說(shuō)。

這項(xiàng)研究可不只是紙上談兵，它在農(nóng)作物育種上已經(jīng)顯了身手，研究發(fā)現(xiàn)，PME5 mRNA的調(diào)控機(jī)制在玉米、大豆、番茄等作物中高度保守，意思是這個(gè)“密碼”在很多作物身上都通用。而作物的株高、分蘗數(shù)、穗型這些影響產(chǎn)量的性狀，全和干細(xì)胞活力有關(guān)。

山東聊城的玉米種植戶(hù)王建國(guó)，去年試種了一款“新型抗倒伏玉米”，這款品種就是科研團(tuán)隊(duì)基于“細(xì)胞壁精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”思路培育的。

研發(fā)人員通過(guò)調(diào)控莖尖干細(xì)胞的細(xì)胞壁果膠狀態(tài)，讓玉米莖稈的木質(zhì)部更發(fā)達(dá)，同時(shí)分蘗數(shù)更合理，既不會(huì)因?yàn)榉痔Y太少導(dǎo)致單株產(chǎn)量低，也不會(huì)因?yàn)榉痔Y太多分散養(yǎng)分?！巴攴N的玉米，風(fēng)一吹就倒，這款不僅不倒，每株還多結(jié)1到2個(gè)穗，畝產(chǎn)比以前高了150斤”，王建國(guó)笑得合不攏嘴。

番茄種植上，這個(gè)機(jī)制也派上了大用場(chǎng)。浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)院的合作團(tuán)隊(duì)，通過(guò)調(diào)控番茄頂端干細(xì)胞的mRNA核滯留時(shí)間，讓番茄植株的株高降低了30%。這樣一來(lái)，養(yǎng)分不再浪費(fèi)在長(zhǎng)莖稈上，而是集中供給果實(shí)，單果重量從原來(lái)的150克漲到了200克，而且結(jié)果期提前了一周。寧波的番茄種植戶(hù)陳大姐說(shuō)：“成熟早就能賣(mài)個(gè)好價(jià)錢(qián)，加上產(chǎn)量高，一畝地多賺了3000多塊?！?/strong>

還有大豆育種的突破，科研人員通過(guò)調(diào)整根尖干細(xì)胞的細(xì)胞壁硬度，讓大豆的根系更發(fā)達(dá)，吸收養(yǎng)分和水分的能力提升了20%。在河南的干旱地塊試種時(shí)，這款大豆的產(chǎn)量比普通品種高了25%，抗災(zāi)能力顯著增強(qiáng)。

中科院的研究揭開(kāi)了植物“青春永駐”的核心密碼：細(xì)胞壁的“軟硬開(kāi)關(guān)”和mRNA的“時(shí)間膠囊”，共同指揮著干細(xì)胞的分裂分化。

更重要的是，這個(gè)機(jī)制能直接用到育種上，讓玉米、番茄、大豆這些作物更高產(chǎn)、更抗逆。從實(shí)驗(yàn)室到田間，這才是科技改變生活的真實(shí)模樣。