調(diào)控植物莖端分生組織發(fā)育的WUSCHEL（WUS）、SHOOTMERISTEMLESS（STM）和CLAVATA3（CLV3）三個關(guān)鍵因子已被國內(nèi)外科學(xué)家發(fā)現(xiàn)20余年，學(xué)術(shù)界對WUS和STM蛋白調(diào)節(jié)CLV3轉(zhuǎn)錄和干細(xì)胞活性維持的關(guān)鍵作用有一定的認(rèn)識，但是對于它們?nèi)绾蜗嗷プ饔靡哉{(diào)節(jié)干細(xì)胞命運的調(diào)控機制仍不十分清楚。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張憲省教授科研團(tuán)隊歷時近十年，首次揭示了WUS、STM、CLV3三個關(guān)鍵因子之間精細(xì)的相互作用模式，解析了WUS和STM介導(dǎo)干細(xì)胞形成和維持調(diào)控途徑的交叉和協(xié)同，為進(jìn)一步分析植物莖端分生組織干細(xì)胞活性的調(diào)控機制提供了新的思路。該研究也是首次從分子水平解析了莖端干細(xì)胞激活因子和增效因子相互依存的作用模式，解決了困擾植物學(xué)家多年的關(guān)于植物干細(xì)胞調(diào)控的諸多疑問，填補了近20年來干細(xì)胞調(diào)控領(lǐng)域關(guān)鍵因子之間相互關(guān)系的空白。北京時間8月25日，國際知名學(xué)術(shù)期刊《美國科學(xué)院院報》（PNAS）在線發(fā)表了這一重要研究成果。

植物干細(xì)胞是一群具有自我更新能力并能夠不斷產(chǎn)生各種分化細(xì)胞的原始細(xì)胞，主要位于根尖和莖尖的分生組織以及形成層，在植物整個生命周期中保持其多能狀態(tài)，并控制著植物的生長和發(fā)育。植物莖端干細(xì)胞決定了莖、葉、花、果實等地上部分器官的分化和發(fā)育，是所有地上部分器官細(xì)胞的來源，研究其調(diào)控機理對于解析植物器官的分化有重要意義。

20年來，利用模式植物擬南芥，科研人員經(jīng)過長期的研究發(fā)現(xiàn)，WUS編碼組織中心的關(guān)鍵調(diào)控因子，能夠激活干細(xì)胞特征基因CLV3在組織中心上方的干細(xì)胞中表達(dá)，并賦予它們干細(xì)胞的特征。STM作為干細(xì)胞的另一個調(diào)控因子，與WUS共同過量表達(dá)會使植物的莖端干細(xì)胞數(shù)量顯著增加。

據(jù)了解，WUS蛋白早在1998年被首次報道，作為調(diào)控植物莖端干細(xì)胞的最關(guān)鍵調(diào)控因子，其功能和調(diào)控機制的研究一直是植物干細(xì)胞領(lǐng)域的熱點。2002年以來，關(guān)于WUS如何與其他因子相互作用形成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，共同激活和維持干細(xì)胞活性的相關(guān)研究越來越少。為了進(jìn)一步解析WUS介導(dǎo)的調(diào)控途徑及調(diào)控機理，張憲省教授科研團(tuán)隊于2011年開始篩選與WUS相互作用的直接互作蛋白，利用當(dāng)時最新的CO-IP結(jié)合蛋白質(zhì)譜篩選互作蛋白的實驗技術(shù)，希望能夠鑒定出新的WUS相互作用因子及其介導(dǎo)的調(diào)控莖端干細(xì)胞活性的遺傳途徑和分子機制。經(jīng)過多年的摸索，團(tuán)隊優(yōu)化了多種精細(xì)獲取莖端分生組織細(xì)胞和提取純化WUS蛋白的方法，獲得較穩(wěn)定的帶有標(biāo)記的WUS蛋白，終于篩選出了幾十個可能與WUS蛋白相互作用的因子，并在其中鑒定到了STM蛋白。

而STM蛋白1996年最早被報道，也是干細(xì)胞的關(guān)鍵激活與維持因子，其功能主要是維持干細(xì)胞的未分化狀態(tài)，抑制其分化產(chǎn)生各種器官的細(xì)胞。多數(shù)研究認(rèn)為STM介導(dǎo)的干細(xì)胞調(diào)控途徑與WUS介導(dǎo)的途徑相互獨立或者存在互補作用，但從未有報道說STM和WUS有直接的相互作用。根據(jù)初步的相互作用實驗結(jié)果提供的線索，團(tuán)隊利用各種遺傳和生化試驗，證實了STM作為WUS互作蛋白起作用的機制。

論文第一作者蘇英華教授介紹，本研究證實了WUS蛋白能夠與STM直接相互作用形成異源二聚體，共同結(jié)合到CLV3的啟動子上。STM通過與WUS相互作用形成復(fù)合體，進(jìn)一步增強WUS與CLV3啟動子的結(jié)合強度，并激活其表達(dá)，從而增強莖端干細(xì)胞的活性。此外，STM的表達(dá)還反過來依賴于WUS，WUS可以直接激活其互作因子STM的表達(dá)，以保證STM作為干細(xì)胞增效因子的功能。

團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、通訊作者張憲省教授向記者介紹，植物干細(xì)胞研究不僅是植物發(fā)育生物學(xué)核心研究命題，也是作物分子遺傳改良和植物生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要基礎(chǔ)。本研究中的三個關(guān)鍵因子之間精細(xì)的相互作用模式對實現(xiàn)莖端分生組織內(nèi)干細(xì)胞的動態(tài)平衡具有特殊的意義，也為莖端干細(xì)胞的發(fā)育調(diào)控提供了一個新的理論，即多能性干細(xì)胞調(diào)控因子在莖端分生組織中形成一個調(diào)控干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的精細(xì)調(diào)節(jié)單位，從分子水平解析了激活因子和增效因子相互依存的作用，為植物干細(xì)胞復(fù)雜的調(diào)控機制增添了新的內(nèi)容。

該成果深入揭示植物干細(xì)胞分子調(diào)控的機制，從根本上闡明植物的再生機制，即通過提高作物莖端干細(xì)胞激活因子的表達(dá)水平，增強莖端干細(xì)胞的活性，增加莖端分生組織干細(xì)胞的數(shù)目，能夠增加作物營養(yǎng)器官的分化和發(fā)育，增加花器官的分化數(shù)量，形成更多的分枝，分化產(chǎn)生更多的籽粒。成果有望運用于玉米、小麥等大田作物，對于加速作物快繁、提高作物再生能力、顯著提高作物的產(chǎn)量等方面有重要意義，同時也將推動農(nóng)業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。