冷泉港實驗室(CSHL)的生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個重要的發(fā)現(xiàn)，有助于解釋植物如何調(diào)節(jié)干細(xì)胞的增殖。這一發(fā)現(xiàn)對提高玉米和許多其他主要作物的產(chǎn)量具有近期影響，可能高達(dá)50%。新發(fā)現(xiàn)的調(diào)控途徑值得注意的是，它將來自植物四肢 - 新出現(xiàn)的幼葉 - 稱為原基 - 的信號傳遞到位于植物生長尖端的稱為分生組織的干細(xì)胞生態(tài)位。

植物生物學(xué)家早就知道另一種稱為CLAVATA-WUSCHEL途徑的途徑，它從分生組織本身的一部分內(nèi)部調(diào)節(jié)干細(xì)胞增殖，稱為組織中心(OC)。在這個規(guī)范途徑中，“受體和配體都在干細(xì)胞中表達(dá)，在OC中將信號傳遞到下面的細(xì)胞，”CSHL教授大衛(wèi)杰克遜解釋說，他帶領(lǐng)團(tuán)隊找到了新的途徑。 。

WUSCHEL是一種改變基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子，并且通過這種方式促進(jìn)干細(xì)胞的增殖，干細(xì)胞在植物中具有全能性，如在人類中，發(fā)育成任何類型的細(xì)胞。在規(guī)范的CLAVATA-WUSCHEL途徑中，干細(xì)胞向OC發(fā)送負(fù)信號，抑制信號增殖。

在新發(fā)現(xiàn)的途徑中建立了類似的反饋，盡管其信號始于葉子。來自葉子的信號是新的，令人興奮，因為它可以作為一種環(huán)境傳感器，告訴分生組織中的全能干細(xì)胞停止增殖 - 制動器，從植物的較老的，更發(fā)達(dá)的部分應(yīng)用，例如，響應(yīng)環(huán)境線索，如可用光，營養(yǎng)素或水分。

杰克遜及其同事在分生組織下部的細(xì)胞中鑒定了這些“來自葉子的制動信號”的受體。他們將受體命名為FEA3。他們還發(fā)現(xiàn)了與受體相互作用的配體，這是一種叫做FCP1的蛋白質(zhì)片段。在發(fā)現(xiàn)工作的一個非常重要的擴(kuò)展中，杰克遜的團(tuán)隊研究了玉米植物，其中由于FEA3基因中的多種突變，F(xiàn)EA3(來自葉子的信號的受體)功能失調(diào)。

當(dāng)分生組織中的FEA3受體根本無法發(fā)揮作用時，“就好像它們對FCP1無視，”杰克遜說。沒有接收到從葉子發(fā)送到分生組織的抑制信號FCP1，并且干細(xì)胞大量增殖。這種植物產(chǎn)生了太多的干細(xì)胞，并且它們產(chǎn)生了太多的新種子 - 植物無法利用可利用的資源(光，水分，養(yǎng)分)支持種子。在這樣的FEA3突變體植物中，玉米穗發(fā)育成具有稱為筋膜的質(zhì)量; 從它們大大擴(kuò)展的分生組織中，產(chǎn)生了太多的嬰兒籽粒，形成畸形，并最終產(chǎn)生耳朵。

但是，當(dāng)杰克遜的團(tuán)隊進(jìn)行遺傳技巧，種植具有FEA3基因所謂的“弱等位基因”的植物時，F(xiàn)EA3受體的功能僅受到輕度損害。來自分生組織外部的制動信號的這種適度失效導(dǎo)致干細(xì)胞的適度，可控制的增加，并且對于比野生型植物中的耳朵顯著更大的耳朵。

這些穗是從FEA3的弱等位基因生長的玉米植物的產(chǎn)物，具有更多行的谷粒，并且總體產(chǎn)量比野生型植物高50%。

由于新發(fā)現(xiàn)的FAE3-FCP1途徑在整個植物界高度保守，杰克遜團(tuán)隊的發(fā)現(xiàn)有望在所有主要主要作物中轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量的顯著增加。

在進(jìn)行這種轉(zhuǎn)化工作之前，杰克遜及其同事計劃在農(nóng)業(yè)試驗中測試玉米和其他作物的優(yōu)良品種中新發(fā)現(xiàn)的fea3等位基因。

“ 通過FASCIATED EAR3受體樣蛋白質(zhì)從器官原始信號調(diào)節(jié)干細(xì)胞增殖和玉米產(chǎn)量”于2016年5月16日星期一在Nature Genetics網(wǎng)站上發(fā)表。作者是：Byoung Il Je，Jeremy Gruel，Young Koung Lee， Peter Bommert，Edgar Demesa Arevalo，Andrea L. Eveland，Qingyu Wu，Alexander Goldshmidt，Robert Meeley，Madelaine Bartlett，Mai Komatsu，Hajime Sakai，HenrikJönsson和David Jackson。