在植物根干细胞“Orchestra”中发现“Conductor”基因
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在一篇新的论文中，北卡罗来纳州立大学的研究人员揭开了“导体”植物根干细胞基因的面纱，该基因帮助协调和协调不同类型根干细胞的分裂，确保植物生长和维护所需的和谐沟通。
Ross Sozzani是北卡罗莱纳州植物和微生物生物学的副教授，也是这篇论文的通讯作者，他说这种交流背后的指挥是一个叫做TCX2的基因，它对植物发育的关键方面，包括植物细胞分裂、增殖和分化至关重要。它存在于所有不同的植物根干细胞中。
植物根干细胞就像一支由不同乐器组成的管弦乐队，共同演奏出美妙的音乐，在不同的网络中发挥不同的功能。TCX2确保这些本地网络相互通信，就像管弦乐队的指挥确保号角不会淹没小提琴一样。
跨学科研究包括分子生物学实验Arabadopsis芥以及数学建模和机器学习方法，以缩小约3000个候选基因，以了解不同根干细胞网络之间的因果关系。
“我们看到TCX2能够靶向不同干细胞网络中的不同干细胞基因，并调节它们的功能时间，”Sozzani说。
为了验证网络预测和数学模型，研究人员采用了一种实验方法。他们都过表达并敲除TCX2基因，发现植物根干细胞分裂的时机受到了影响。Sozzani和Natalie Clark，论文的第一作者，前北卡罗来纳州立大学生物数学研究生，将其比作《金发姑娘和三只熊》故事背后的原理——粥只有在温度“刚刚好”的时候才能被接受。
索珊尼说，未来的工作将利用这些发现3 d生物打印了解更多关于建造更好的植物的知识。
“我们可以从物理上改变这些根干细胞的位置或数量，看看这些变化是如何帮助或损害这个和谐系统的，”她说。“例如，如果你想帮助一种植物变得更耐旱，你如何构建更多的维管组织，这对功能很重要?”3D生物打印技术使我们能够通过将干细胞定位到所需的空间位置来测试这一点。”
这篇论文发表在自然通讯．第一作者Clark曾获得NSG GRFP奖学金，目前在爱荷华州立大学担任美国农业部博士后研究员。来自北卡州立大学电子与计算机工程系的合著者包括副教授克兰诺斯·威廉姆斯和研究生伊莱·巴克纳。斯坦福大学的Abigail Simmons和Dominique Bergmann也共同撰写了这篇论文。
这项研究由美国国家科学基金会职业奖(MCB-1453130)和北卡罗来纳州立大学农业和生命科学研究基金会给Sozzani的拨款资助。
-kulikowski -
编辑报告:论文摘要如下。
“通过调控干细胞特异性基因网络，干细胞无处不在基因时空协调分裂”
作者: Natalie M Clark, Eli Buckner, Adam P Fisher, Emily C Nelson, Thomas T Nguyen, Maria A de Luis Balaguer, Tiara Butler-Smith, Parnell J Sheldon, Cranos M Williams and Rosangela Sozzani, North Carolina State University;Abigail R Simmons和Dominique C Bergmann，斯坦福大学
发表2019年12月6日自然通讯
DOI: 10.1101/517250
摘要干细胞负责生成多细胞生物中所有的分化细胞、组织和器官，因此，在细胞更新、再生和组织中起着至关重要的作用。许多干细胞类型特异性基因在干细胞的维持、识别和/或分裂中起着众所周知的作用。然而，基因是如何在不同类型的干细胞中表达的，这里指的是干细胞普遍存在的基因，如何促进干细胞调控还不太清楚。在这里，我们发现，在拟南芥的根中，一个干细胞普遍存在的基因，TESMIN-LIKE CXC2 (TCX2)，通过调节干细胞类型的特定网络来控制干细胞的分裂。通过建立TCX2表达的数学模型，我们可以证明TCX2协调了不同类型干细胞的协调分裂。我们的研究结果强调，在不同类型的干细胞中表达的基因确保了细胞之间的交叉交流，使它们能够和谐地一起分裂和发展。
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