Nature Commun | 曾健、赵心爱等揭示一氧化氮调控植物干细胞命运决定的新机制

干细胞是一种未分化的细胞类型，具有自我更新和分化为多种细胞类型的潜能。植物和动物的正常生长发育，依赖于干细胞的维持和持续的分裂分化，这些干细胞通过不断产生新的细胞，保持了组织的完整性和功能，从而支持了整个生物体的正常发育。一旦干细胞功能发生异常，植物和动物的生长和发育都会出现严重的缺陷。在植物中，干细胞通常存在于植物的生长点，如根尖和茎尖的分生组织中（meristem），干细胞通过分裂产生新的细胞，这些细胞进一步分化为根、茎、叶等各种组织器官，是维持植物正常生长发育的源泉。与动物不同的是，植物大部分组织器官是在胚后由位于植物茎尖的茎顶端分生组织和根尖的根顶端分生组组织中的干细胞分裂分化而来。这种独特的胚后发育模式，赋予了植物极强的发育可塑性以适应不断变化的环境，因此顶端分生组织稳态的维持对于胚后各种组织器官的形成具有重要的意义。对植物干细胞的深入研究有助于我们更好地理解植物的发育机制，并可能为植物育种和农业生产提供重要的指导。

2023年12月04日，海德堡大学Jan Lohmann教授团队在Nature Communications在线发表了题为“Nitric Oxide controls shoot meristem activity via regulation of DNA methylation”的研究论文 （曾健博士和赵心爱博士为论文共同第一作者） ，揭示了一氧化氮 (NO) 通过DNA甲基化调控茎顶端分生组织稳态维持的新机制。

NO是植物和动物发育中的重要信号分子，但关于NO下游的调控机制仍然不太清楚。该研究发现，NO主要分布拟南芥茎顶端分生组织分化的周边区，通过抑制干细胞诱导转录因子WUSCHEL（WUS）的表达，促进干细胞分裂分化。同时一氧化氮相关缺失突变体中顶端分生组织显著变小（图1），说明一氧化氮参与了茎顶端分生组织的活性的调控。

图1 一氧化氮调控顶端分生组织的活性

该研究还发现，NO通过调控RNA介导的DNA甲基化（RdDM）途径的核心组成部分ARGONAUTE 4（AGO4）的表达和活性，影响茎顶端干细胞发育。参与RdDM途径的组分突变体分生组织表现出发育缺陷，同时减弱了茎顶端干细胞系统对NO信号的响应。进一步研究发现，WUS以一种依赖于NO的方式直接与AGO4相互作用，两个信号系统协同作用改变了DNA的甲基化模式（图2）。

总体而言，该研究揭示了NO信号通过调控de novo DNA甲基化，在维持植物茎顶端分生组织稳态中发挥重要作用。

图2 一氧化氮负调控AGO4的表达

海德堡大学Jan Lohmann教授为论文通讯作者，曾健博士和赵心爱博士为论文共同第一作者。中国农业科学院生物技术研究所梁哲研究员，以及Jan Lohmann教授课题组范芃菲等也参与了该研究。该工作得到欧盟ERC Synergy Grant“DECODE”资助。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43705-1