大多數關(guān)于植物干細胞的研究集中在根尖和芽尖——即植物主要通過(guò)這些部位進(jìn)行高度生長(cháng)。然而，生物學(xué)家Ten Tusscher指出，增加厚度的生長(cháng)同樣重要。她表示：“植物不能無(wú)限制地向上生長(cháng)，它們也需要向外增厚，否則會(huì )因無(wú)法支撐自身而倒塌。”隨著(zhù)時(shí)間的推移，正是這種增厚使得老樹(shù)變得更為粗壯和堅固。尤其對樹(shù)木而言，這種生長(cháng)對其結構強度至關(guān)重要。

植物的形成層干細胞負責這種寬度的增長(cháng)，通過(guò)形成木質(zhì)部來(lái)支撐植物結構。然而，到目前為止，哪些基因使這些形成層干細胞變得活躍以及如何控制這種活動(dòng)仍不清楚。

基礎洞見(jiàn)

Kirsten Ten Tusscher及其團隊開(kāi)發(fā)了一種計算機模型，在這項國際研究中發(fā)揮了核心作用，該研究匯集了烏特勒支大學(xué)、赫爾辛基大學(xué)、達勒姆大學(xué)和加州大學(xué)的科學(xué)家們。她的計算機模型不僅支持了其他團隊成員的實(shí)驗室結果，還提供了重要的預測。

圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1048394

圖片信息：Kirsten ten Tusscher 教授。

模擬木材形成的計算機模型

Ten Tusscher的模型探究了在植物發(fā)育過(guò)程中，特定基因如何“開(kāi)啟”形成層干細胞，從而允許木材的形成。雖然先前已有對高度生長(cháng)的基因研究，但這是首個(gè)研究控制厚度增長(cháng)的基因及其激活區域的模型。

模型結果顯示，厚度生長(cháng)由形成層內特定化學(xué)信號的重疊梯度所控制。這些梯度相交，形成了一個(gè)精確的區域，干細胞在此被“開(kāi)啟”，引導它們生成木材組織。這種相互作用確保了木材形成在植物生命期內的持續，為高度生長(cháng)提供必要的結構強度和穩定性。

模式植物

該計算機模型以擬南芥為基礎，這是一種全球生物學(xué)家廣泛研究的模式植物，用于了解植物生長(cháng)的一般規律。該模型顯示了形成層干細胞是如何被激活并持續活躍的，使植物能夠在整個(gè)生命周期內持續增厚。

促進(jìn)林業(yè)和二氧化碳儲存

深入理解厚度生長(cháng)不僅是科學(xué)上的重要進(jìn)展，也可能在林業(yè)和氣候行動(dòng)中實(shí)際應用。對植物生長(cháng)的深入了解對林業(yè)尤其重要，特別是在芬蘭，森林對經(jīng)濟具有重要意義。Ten Tusscher表示：“如果我們能完全掌握植物生長(cháng)機制，并培育出厚度生長(cháng)速度加倍的樹(shù)種，將極大地有利于可持續木材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”她補充說(shuō)：“這對氣候行動(dòng)也是有益的，因為生長(cháng)更快的樹(shù)木能夠儲存更多的二氧化碳。這或許還能幫助研究人員調節農作物的厚度生長(cháng)，以提高農業(yè)產(chǎn)量。”

雜志：Science

DOI：10.1126/science.adj8752