Nature Commun | 中国农业大学张小兰团队发现植物茎尖分生组织调控的新机制

在被子植物的整个生活史中，地上部器官（茎、花、果实等）的形态建成依赖茎尖分生组织（Shoot apical meristem, SAM）的干细胞活性。经典的CLAVATA3（CLV3）-WUSCHEL（WUS）负反馈调节环是植物干细胞调控的核心模块，直接决定被子植物的株型结构和作物产量。然而，CLV3信号如何从质膜传递至细胞核抑制WUS表达的抑制，是该领域长期以来有待解决的关键科学问题。

前期，中国农业大学张小兰/周朝阳团队发现G蛋白的α亚基CsGPA1与CsCLV3在细胞膜上的受体CLV1相耦联，调控黄瓜顶端分生组织的大小（Han et al., 2024）。近日，该团队在Nature Communications发表了题为The G protein-casein kinase 2 module acts as a pivot in plasma membrane-to-nucleus CLAVATA signaling to control shoot apical meristem size的研究论文，揭示了GPA1-CK2α信号通过CLV3-WUS通路调控植物茎尖分生组织稳态的新机制。

论文研究发现，CsCLV3小肽诱导CsGPA1蛋白从质膜转移至细胞核，CsGPA1的核定位对SAM大小和花器官数目的维持是必需的。CsGPA1进入细胞核后，通过其C末端α螺旋与细胞核定位的蛋白激酶Casein Kinase II α subunit (CsCK2α) 相互作用。CsCK2α突变后SAM显著变大、花器官数目显著变多，并且CsCK2α功能的发挥依赖于自身的激酶活性。CsGPA1进入细胞核后，能够促进CsCK2蛋白的激酶活性，抑制CsWUS基因的表达，从而维持SAM的稳态值得注意的是，GPA1-CK2α介导的CLV3信号转导在黄瓜和番茄中具有保守性。

图1 CsCK2α负调控黄瓜SAM大小及花器官数目

该研究解析了一条从细胞膜上CLV3信号激活到细胞核内WUS表达抑制的新通路；同时鉴于GPA1-CK2α在植物的保守性，该研究对多种植物的高产分子设计育种具有重要指导意义。

图2 GPA1-CK2α信号调控SAM大小及花器官数目的机制

中国农业大学为该论文第一通讯单位。中国农大园艺学院在站博士后刘柳为论文第一作者，张小兰教授和周朝阳副教授为共同通讯作者，北京大学柏林教授参与了该研究工作。该工作得到了国家自然科学基金委、中国农业大学人才培育计划、中国博士后科学基金等项目的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-72418-4