從古老的歐洲山毛櫸樹(shù)到巨大的加利福尼亞紅杉和澳大利亞山灰，新的研究發(fā)現(xiàn)，這些樹(shù)木的巨大樹(shù)干都是由一層不比針尖更寬的單層細(xì)胞形成的。

我們墨爾本大學(xué)Creswick校區(qū)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)，它為增加樹(shù)木的生長(zhǎng)潛力提供了機(jī)會(huì)，并且可能更快地生長(zhǎng)和生產(chǎn)更多的木材。

幾千年來(lái)，樹(shù)木激發(fā)了人類(lèi)的靈感。這些植物是地球上最大的生物 - 無(wú)視重力，元素，疾病，害蟲(chóng)，甚至人類(lèi)。

很長(zhǎng)一段時(shí)間，科學(xué)家們對(duì)樹(shù)木樹(shù)干內(nèi)產(chǎn)生木材和樹(shù)皮的細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能之謎感到困惑?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)確定樹(shù)木產(chǎn)生的所有木材和樹(shù)皮似乎都是由樹(shù)皮下的單層細(xì)胞產(chǎn)生的。

通常被描述為“地球的肺”，樹(shù)木和森林直接影響地球上的生命，通過(guò)釋放氧氣和將二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)來(lái)促進(jìn)大氣的組成。這個(gè)過(guò)程的核心是一個(gè)活躍分裂的細(xì)胞，在樹(shù)干和樹(shù)枝下發(fā)現(xiàn)。

這些細(xì)胞稱(chēng)為維管形成層，它們向生長(zhǎng)的莖內(nèi)部產(chǎn)生木質(zhì)(木質(zhì)部)，向外部產(chǎn)生樹(shù)皮(韌皮部)。當(dāng)樹(shù)木生長(zhǎng)并且樹(shù)枝變厚時(shí)，這個(gè)細(xì)胞柱就會(huì)以木頭的形式擴(kuò)展并產(chǎn)生大部分行星的森林生物量。

伍德是世界上最重要的可再生資源之一，所以你認(rèn)為我們已經(jīng)了解它是如何發(fā)展的。但到目前為止，我們并不確切知道血管形成層中的細(xì)胞是如何影響其生意的。構(gòu)成血管形成層的細(xì)胞層的數(shù)量，以及形成層內(nèi)單個(gè)細(xì)胞的命運(yùn)在多大程度上是預(yù)先確定的，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)一直是爭(zhēng)論的問(wèn)題。

血管形成層中的一些細(xì)胞是干細(xì)胞，這意味著它們尚未分化成它們的最終形式。每個(gè)細(xì)胞都可以形成木頭或樹(shù)皮，或者可能是其他東西。為了避免與莖的另一個(gè)定義 - 分支 - 混淆，我們將這些血管形成層干細(xì)胞稱(chēng)為“起始細(xì)胞”或“首字母”。

我們很早就知道血管形成層中的一些細(xì)胞層由首字母組成，但我們不知道有多少。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)為誘導(dǎo)體細(xì)胞分析(ISSA)的獨(dú)特過(guò)程。這種技術(shù)將遺傳標(biāo)簽置于楊樹(shù)樹(shù)干內(nèi)的單個(gè)細(xì)胞上，然后讓我們跟蹤細(xì)胞到木材或樹(shù)皮形成的旅程。

自19世紀(jì)后期發(fā)現(xiàn)維管形成層以來(lái)，植物學(xué)家一直試圖了解其結(jié)構(gòu)和功能。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為血管形成層由多個(gè)起始細(xì)胞層組成，而另一個(gè)則預(yù)測(cè)單層起始細(xì)胞。

我們的研究結(jié)果表明，維管形成層的特征是單層細(xì)胞層的真實(shí)的原始形態(tài)，有助于木材和樹(shù)皮的形成。

ISSA使用轉(zhuǎn)基因方法將所謂的“報(bào)告基因”直接引入樹(shù)干。我們使用它來(lái)標(biāo)記樹(shù)干生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的數(shù)百個(gè)單個(gè)細(xì)胞，這些細(xì)胞經(jīng)過(guò)多輪細(xì)胞分裂后形成可以輕松識(shí)別和分析的組織扇區(qū)。因?yàn)槲覀兊膱?bào)告基因從個(gè)體細(xì)胞傳遞到其后代，仔細(xì)分析所得的生長(zhǎng)模式使我們能夠確定哪些細(xì)胞變成木材，哪些細(xì)胞變成樹(shù)皮，哪些細(xì)胞保留為干細(xì)胞。

通過(guò)觀察單個(gè)細(xì)胞的特定命運(yùn)及其頻率，我們看到在形成層區(qū)域內(nèi)存在具有優(yōu)選發(fā)育途徑的不同細(xì)胞特征的明確證據(jù)，并且這揭示了起始層的結(jié)構(gòu)。

真正的cambial首字母經(jīng)常會(huì)崩潰并從形成層中消失 - 大約三分之一從春末到夏末。通過(guò)觀察木材和樹(shù)皮部分的模式，我們看到木材和樹(shù)皮細(xì)胞分裂的速度是彼此獨(dú)立控制的。

這些發(fā)現(xiàn)可能對(duì)林業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。更好地了解木材和樹(shù)皮是如何從一層細(xì)胞形成的，可以納入樹(shù)木改良計(jì)劃，幫助開(kāi)發(fā)更好的木材和樹(shù)皮產(chǎn)品。

隨著我們繼續(xù)提高對(duì)控制細(xì)胞分裂率的基因的理解，我們可以利用它來(lái)利用樹(shù)干中增加的生長(zhǎng)潛力 - 可能更快地生產(chǎn)更多的木材。

有很多機(jī)會(huì)可以利用這些新見(jiàn)解獲得商業(yè)利益，但從根本上說(shuō)，我們的研究結(jié)果增加了我們對(duì)樹(shù)木結(jié)構(gòu)的理解。令人驚訝的是，古代山毛櫸，巨型紅杉和高聳的山灰的巨大樹(shù)干都是由一層不比針尖寬的細(xì)胞形成的。

這項(xiàng)工作發(fā)表在實(shí)驗(yàn)植物學(xué)雜志上。