杜克大学｜从生长的根系，到干细胞如何决定其命运的线索-热门资讯-UNISTATISTICS

北卡罗来纳州达勒姆 - 它可能看起来像一颗彗星或一颗流星，但这段延时视频实际上是一个微小的植物根，比人类的头发粗多少，在显微镜下生长时被放大了数百倍。

杜克大学（Duke University）的研究人员一直在制作这样的电影，他们使用一种称为光片显微镜的技术，凝视根尖附近的干细胞，并在它们随着时间的推移分裂和繁殖时拍摄快照。

这部作品为扎根的戏剧提供了不仅仅是前排座位。通过观察细胞如何响应某些化学信号而分裂，研究小组正在寻找干细胞如何选择一种发育途径而不是另一种发育途径的新线索。

这项研究还可能指出防止干细胞分裂出错的新方法，就像癌症和其他疾病一样。

该团队的最新结果于1月31日发表在《自然》杂志上。

线状拟南芥根生长的延时镜头。每个荧光粉色点都标记了正在分裂以产生新细胞的细胞核，这些细胞将继续形成健康根的不同组织层。

这项工作触及了生物学中的一个基本问题，副研究教授卡拉·温特（Cara Winter）说：“细胞如何获得它们的身份？换句话说，“你如何获得构成生物体的所有各种细胞类型？

正如人体由许多不同种类的细胞组成一样，在大脑、肌肉、骨骼和其他部位，植物也含有专门用于不同任务的各种细胞类型。

无论是在根、枝、花还是叶中，植物的几乎所有组织都来自一小群非特化的干细胞，这些干细胞通过分裂产生新细胞。

每当干细胞分裂时，它都会面临一个选择：它可以产生两个像它自己的新干细胞，或者它可以制造一个自己的副本和一个细胞，这些细胞将分支成为新的东西。

后一个过程，称为不对称分裂，产生形成复杂生物体（如植物或人类）所需的无数细胞类型。

一个显而易见的问题是：分裂干细胞如何选择一条路径而不是另一条路径？

这是促使温特和共同第一作者巴勃罗·塞克利（Pablo Szekely）的问题，他们都是杜克大学已故生物学家菲利普·本菲（Philip Benfey）实验室的研究人员，他们观察了拟南芥（Arabidopsis thaliana）的根系生长。

研究人员专注于拟南芥细胞分裂的两个关键调节因子 - 称为短根和稻草人的蛋白质，它们共同促使分裂的根细胞进行转换。

通过用发光的荧光标签标记这些蛋白质，他们能够实时跟踪蛋白质的活性及其对干细胞分裂的影响。光片显微镜使它们能够在根部的半透明组织内窥视长达50小时，而不会伤害它们。

与之前的预测相反，研究人员表明，即使在一个细胞变成两个细胞的过程早期存在的这些蛋白质的低水平也足以触发向不对称分裂的转变。

“他们所要做的就是达到一定的门槛，”Szekely 说，他于 2020 年加入 Benfey 实验室担任博士后研究员。

研究人员说，这些发现对人类和其他动物也有影响。

这是因为，尽管植物和动物在10亿多年前就分道扬镳了，但它们继承了许多相同的基本分子工具包 - 包括许多相同的“管家”基因，这些基因是细胞功能所必需的。

在拟南芥等植物中调节细胞分裂的相同基因在动物（包括人类）中执行类似的工作。先前的研究表明，当不对称分裂被破坏时，细胞会失控繁殖并形成肿瘤。

“细胞在发育过程中需要有一个程序：首先像这样分裂，然后像那样分裂，”Szekely说。它必须受到严格监管，才能让一切正常运转。

这项工作由美国国立卫生研究院（NRSA 5F32GM106690-02和MIRA 1R35GM131725），霍华德休斯医学研究所和南加州大学资助。