Science对植物细胞如何分裂有了新的认识：它的细胞骨架与众不同

　　植物和动物干细胞都依赖细胞骨架来正常分裂，但斯坦福大学的一项新研究发现，它们以相反的方式使用细胞骨架——当动物细胞拉住细胞骨架时，植物细胞把它推开。利用这种行为可以帮助科学家设计出更有弹性的植物。

　　

每当干细胞分裂时，一个子细胞仍然是干细胞，而另一个子细胞则开始自己的发育之旅。但是两个子细胞都需要特定的和不同的细胞材料来完成它们的使命。动物干细胞利用细胞骨架——一种由结构小管组成的瞬时网络——在分裂过程中将正确的物质从亲本细胞拉到每个子细胞中。植物也有干细胞，需要将不同的物质分配给它们的每一个子细胞，但早期的研究似乎已经排除了“动物式”细胞骨架来完成这项任务的可能性。直到现在，植物用什么来代替一直是未知的。

在7月6日发表在《科学》杂志上的一项新研究中，斯坦福大学的研究人员发现植物细胞也使用细胞骨架。但这里有一个转折。他们发现植物细胞不像动物干细胞那样拉住细胞骨架，而是把它推开。

“植物的细胞骨架不是说：'往这边分！'，而是说：'不要往这边分！'"文章一作Andrew Muroyama说。

这项新发现可以帮助研究人员设计出更能适应不断变化的环境的植物，随着世界继续面临气候变化，这是一项关键任务。

“了解干细胞如何在动物体内分裂对了解各种人类疾病非常重要，并影响了转化医学，我也有类似的希望，提高我们对植物干细胞如何分裂的理解，可能会为未来的工程应用提供信息。”

跟踪细胞生长

Dominique Bergmann实验室的研究人员从研究极性复合物开始了这项工作，极性复合物是每个细胞中对形成适当大小和形状的叶子至关重要的小簇蛋白质。极性复合物帮助分裂的叶干细胞自我定位。“干细胞使用这些极性蛋白来决定在哪里分裂，”Muroyama说。“我们知道这些蛋白质参与了分裂，但我们不知道它们是如何在分子水平上控制这个过程的。”

为了研究这些蛋白质是如何工作的，研究小组开发了表达极性复合物和细胞骨架蛋白荧光版本的植物细胞系，然后在暗室中花费数百小时，跟踪细胞生长，分裂和重复时发光蛋白的运动。

他们很快观察到，一些细胞没有按照通常支配植物细胞分裂的“最短细胞壁规则”进行分裂。虽然植物细胞被期望建立最小的——因此也是能量上最保守的——细胞壁来分裂细胞，但在某些情况下，极性复合体恰好位于需要建立细胞壁的地方。不知何故，它阻碍了施工。通过一系列严格的实验，研究人员得出结论，极性复合物正在推开微管，否则微管会使壁的构建成为可能。

“极性复合物就像在说，‘如果你们中的任何一个微管试图侵入我的区域，我就会把你们赶走。我真的会造成一场灾难，所以你不能入侵这个区域。”

应对气候变化的管理

Bergmann的实验室对植物如何适应不断变化的环境很感兴趣。植物通过改变叶子或树枝的形态，或呼吸或储存糖分的速率来生存。

Muroyama说:“这项研究可能会导致干细胞行为被调整的应用，例如，改变植物的结构，或者帮助植物适应不断变化的气候。”

干细胞决定如何对来自环境的信号做出反应。在这个过程中，伯格曼把极性复合物比作一个建筑经理，给出了确保干细胞正确分裂的方向。

“这个构造管理器接收来自环境的信号，决定做什么，并告诉细胞，‘是的，你应该分裂。’但它也会说，‘现在你们已经分开了。去找你的好运吧，’”Bergmann说。

现在研究人员知道了这个管理者是如何工作的，他们可以确定它在上游和下游过程中的作用，并找出利用它的力量的方法。

“极性复合物究竟是如何工作的，我们仍然需要弄清楚，你如何让所有这些植物产生非常酷的特殊细胞——产生有趣形状的细胞，产生有趣化学物质的细胞，对某些刺激做出反应的细胞?”我们能让它实现吗?”

文章标题

Cortical polarity ensures its own asymmetric inheritance in the stomatal lineage to pattern the leaf surface