研究背景与核心发现 - 植物茎顶端分生组织是地上器官的来源，其干细胞稳态的维持是植物生长发育的基础，并直接关系到作物产量与品质[2] - 长期以来，细胞壁被视为静态结构，但近年研究表明其具有高度可塑性，是感知发育和环境信号的枢纽，然而其是否及如何影响植物细胞命运决定尚不清楚[2] - 中国科学院杨卫兵团队在《Science》发表研究，首次揭示了细胞壁超微结构对干细胞稳态的决定性作用，破译了植物细胞命运决定的“细胞壁密码”[3] 细胞壁果胶甲酯化的作用机制 - 研究聚焦于细胞壁复杂多糖组分果胶，其甲酯化修饰是细胞壁力学特性的决定因子[5] - 通过高分辨率成像绘制果胶甲酯化图谱，发现高度甲酯化的果胶分布于成熟细胞壁，而去甲酯化的果胶在新生细胞板富集，形成独特的“二元分布”模式[5] - 这种模式构成了干细胞区域的力学异质性：低甲酯化赋予新生细胞板可塑性以灵活调整分裂方向，而高甲酯化状态则维持了干细胞的活跃增殖能力[5] 基因表达的时空调控模式 - 研究揭示了一套精巧的“定时投放系统”：有丝分裂启动时，转录因子MYB3R4激活果胶甲酯酶PME5基因的转录[6] - 新生的PME5 mRNA被RNA结合蛋白RZ-1B/1C滞留于核内，形成与细胞周期同步的mRNA核储备库[6] - 在核膜解体的瞬间，大量PME5 mRNA被释放到细胞质并快速翻译成蛋白，从而催化新生细胞板的去甲酯化[6] - 通过截短实验鉴定到PME5 mRNA的细胞核定位信号，干扰其定位导致蛋白提前表达，会引起成熟细胞壁过度去甲酯化，最终导致干细胞活性丧失、茎顶端分生组织提前终止等严重发育缺陷[8] 研究意义与应用前景 - 该研究不仅解答了植物干细胞命运决定的核心科学问题，也揭示了一种全新的基因表达调控模式——mRNA核滞留[10] - PME5 mRNA在亚细胞层面的时空动态，巧妙地将干细胞增殖与细胞壁重塑过程相耦合，从而精确调节细胞的分裂与分化模式[10] - 该机制在玉米、大豆、番茄等多种作物中高度保守，而作物株高、分蘖数、穗型及果实大小等农艺性状均与干细胞活性密切相关[10] - 基于“细胞壁精准设计”策略，有望促进分生组织干细胞活性，为作物高产优质高效育种和“双碳”目标实现提供新的理论支撑与技术路径[10]