植物“永葆青春”奥秘被找到

“上古有大椿者，以八千岁为春，八千岁为秋。”自古以来，植物所展现出的强大生命力，令人们对“永葆青春”“生命永续”充满了遐想。在整个生命周期中，植物能够持续不断地产生新的枝、叶、花与果实，这源于分布在茎顶端、根尖等“生长中枢”的植物干细胞。那么，植物是如何维持其干细胞功能以实现强大的再生能力的？近日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心杨卫兵团队在国际学术期刊《科学》发表论文，为上述谜题提供了关键答案。

研究发现，在植物茎尖干细胞区域，新形成的细胞横壁偏“软”，富含去甲酯化果胶，而成熟的细胞壁则更“硬”，以高度甲酯化的果胶为主。这种“软硬兼备”的时空构型对维持干细胞微环境稳态至关重要。研究进一步发现，植物能够通过精确控制某些mRNA（信使分子）在特定时间和位置的分布，来精细调节细胞壁的微观结构。这种调控帮助干细胞在合适的时间、以正确的方式进行分裂，从而确保植物正常发育和形态构建。因此，细胞壁结构的动态变化，实际上像是控制干细胞命运的一个“核心开关”，引导其在分裂、分化等不同状态间转换。

研究团队进一步解析这一“核心开关”的运作机制——负责催化果胶“软化”的关键酶PME5，其mRNA在转录后并不立即进入细胞质，而是被特异性滞留于细胞核内，形成一个与细胞周期同步的mRNA储备库。这种mRNA的核内隔离机制犹如一个预设的“时间胶囊”，确保了细胞壁修饰程序仅在细胞分裂的关键时间窗口被激活，从而实现新旧细胞壁性质的精确区分。研究证实，一旦该调控机制遭到破坏，植物会表现出细胞分裂模式紊乱、干细胞活性降低、分生组织发育终止等一系列缺陷。该研究不仅回答了植物干细胞命运决定这一核心科学问题，也揭示了一种全新的基因表达调控模式——mRNA核滞留。

值得关注的是，作物的株高、分蘖数、穗型和果实大小等关键农艺性状都与干细胞活力密切相关。因此，基于“细胞壁精准设计”策略，该研究有望提升作物分生组织活性和产量潜力，为培育高产高效作物提供关键的理论支撑和技术路径。据了解，团队下一步会将研究成果应用于水稻等作物的育种。