近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心楊衛兵研究組，揭示了植物莖尖分生組織通過表皮特異性ATML1-PIP2;5模塊感知和響應環境濕度變化，進而調控干細胞活性的分子機制。該工作闡明了水分穩態在植物器官發生和環境適應中的關鍵作用，為分生組織發育及植物水分調控機制的演化規律提供了新視角。
研究發現，植物莖尖分生組織處于局部高濕微環境中，能夠主動感知濕度變化以維持分裂能力。當水分平衡被破壞時，干細胞活性受到抑制，導致器官發育受阻，影響整體植株生長。為解析水分動態過程，該團隊與復旦大學季敏標課題組合作，將受激拉曼顯微技術應用于植物研究，實現了在細胞水平對植物組織中水分交換過程的無損實時動態監測。
研究發現，在分子機制層面，水通道蛋白PIP2;5在莖尖分生組織表皮層特異性高表達，并受表皮關鍵轉錄因子ATML1直接調控。PIP2;5通過介導水分跨膜運輸，動態維持干細胞區的水分平衡，從而賦予植物對環境濕度變化的快速響應能力。功能實驗顯示，PIP2;5活性喪失會延緩分生組織對濕度變化的響應。進一步，研究對1135份擬南芥種質資源進行單倍型分析發現，高水分轉運活性的PIP2;5-Hap0單倍型分布于濕潤氣候區，低活性單倍型PIP2;5-Hap6在干旱地區占主導地位，呈現出明顯的氣候適應性分布模式，為水分感知通路受自然選擇塑造提供了證據。
表皮介導的分生組織水分感知與響應機制在植物演化中高度保守。研究在早期陸生植物地錢和單子葉作物水稻中均發現類似的表皮特異性水分通路。水稻同源基因OsPIP1;1功能與擬南芥PIP2;5相似，其單倍型分布也與空氣濕度相關。高表達單倍型OsPIP1;1-SNPT多見于濕潤地區，低表達單倍型OsPIP1;1-SNPC偏好干旱環境，表明OsPIP1;1介導的水稻穗原基水分感知，同樣受到氣候驅動的自然選擇。
這些發現為解析植物適應陸生環境的演化機制提供了新線索，并為挖掘植物可塑性潛力、培育環境適應性作物新品種提供了理論依據。
相關研究成果發表在《發育細胞》（Developmental Cell）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院相關項目的支持。
植物莖尖分生組織表皮細胞感知和響應環境濕度變化
分生組織水分穩態調控干細胞活性
本文鏈接：植物分生組織水分感知和干細胞活性調控研究獲進展http://m.sq15.cn/show-12-1889-0.html
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