从生长的根开始了解干细胞如何决定其命运
它可能看起来像一颗彗星或一颗流星，但这段延时视频实际上是一根微小的植物根，比人的头发粗不了多少，在显微镜下生长时被放大了数百倍。
杜克大学的研究人员一直在制作这样的电影，他们使用一种称为光片显微镜的技术，观察根尖附近的干细胞，并在它们随着时间的推移分裂和繁殖时拍摄快照。
这部作品不仅为我们提供了一个见证根生长的戏剧的前排座位。通过观察细胞如何响应某些化学信号而分裂，研究小组正在寻找干细胞如何选择一种发育路径而不是另一种发育路径的新线索。
这项研究还可能指出防止干细胞分裂出错的新方法，就像癌症和其他疾病中发生的那样。
该团队的最新成果于 1 月 31 日发表在《自然》杂志上。
副研究教授卡拉·温特(Cara Winter)表示，这项工作涉及生物学中的一个基本问题：“细胞如何获得其身份?” 换句话说，“如何获得构成有机体的所有各种细胞类型?”
正如人体由大脑、肌肉、骨骼和其他地方的许多不同类型的细胞组成一样，植物也包含专门用于不同任务的各种细胞类型。
无论是根、枝、花还是叶，几乎植物的所有组织都源自小群非特化干细胞，这些干细胞通过分裂产生新细胞。
每次干细胞分裂时，它都面临一个选择：它可以产生两个像它自己一样的新干细胞，或者它可以复制一个自身的副本加上一个将分支成新东西的细胞。
后一个过程被称为不对称分裂，它产生了形成植物或人类等复杂有机体所需的无数细胞类型。
那么一个明显的问题是：分裂干细胞如何选择一条路径而不是另一条?
这是杜克大学已故生物学家菲利普·本菲实验室的研究人员温特和共同第一作者巴勃罗·塞克利在观察拟南芥(芥菜科细长成员)根部生长的几天时提出的问题。
研究人员重点研究了拟南芥细胞分裂的两个关键调节因子——称为短根和稻草人的蛋白质，它们共同促进分裂的根细胞进行转换。
通过用发光的荧光标签标记这些蛋白质，他们能够实时追踪蛋白质的活性及其对分裂干细胞的影响。光片显微镜使他们能够在长达 50 小时内观察根部半透明组织的内部，而不会对其造成伤害。
与之前的预测相反，研究人员表明，即使在一个细胞变成两个过程的早期存在的这些蛋白质的水平很低，也足以触发向不对称分裂的转变。
“他们所要做的就是达到一定的门槛，”2020 年以博士后研究员身份加入 Benfey 实验室的 Szekely 说。
研究人员表示，这些发现对人类和其他动物也有影响。
这是因为，尽管植物和动物在十亿多年前就出现了分歧，但它们继承了许多相同的基本分子工具包——包括许多细胞发挥功能所必需的相同“管家”基因。
在拟南芥等植物中调节细胞分裂的相同基因在包括人类在内的动物中也发挥着类似的作用。先前的研究表明，当不对称分裂被破坏时，细胞就会失控地繁殖并形成肿瘤。
“细胞在发育过程中需要有一个程序：首先像这样分裂，然后像那样分裂，”塞克利说。“为了让一切正常运转，必须对其进行严格监管。”
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