了解根生物學(xué)的功能對(duì)于了解植物如何適應(yīng)干旱等不利環(huán)境條件至關(guān)重要。最近的兩項(xiàng)研究描述了這些機(jī)制。其中一篇發(fā)表在“分子系統(tǒng)生物學(xué)”雜志上，描述了細(xì)胞因細(xì)胞分化而停止生長(zhǎng)的過(guò)程。第二篇發(fā)表在“細(xì)胞科學(xué)雜志”上，描述了受損后植物細(xì)胞的補(bǔ)充情況。

第一項(xiàng)研究來(lái)自巴塞羅那大學(xué)(UBICS)生物學(xué)家AnaCañoDelgado團(tuán)隊(duì)的研究。第二項(xiàng)研究由CRAG的同一團(tuán)隊(duì)進(jìn)行。

細(xì)胞如何知道何時(shí)停止生長(zhǎng)?

在這些研究中使用的擬南芥(Arabidopsis thaliana)植物根很簡(jiǎn)單。分離具有不同功能的根中的細(xì)胞。因此，干細(xì)胞位于尖端，由子細(xì)胞包圍，子細(xì)胞被分裂以產(chǎn)生根組織。子細(xì)胞長(zhǎng)度不同，與其他細(xì)胞不同，以獲得允許根部運(yùn)輸水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的典型功能。為了使根生長(zhǎng)并適應(yīng)新的變化環(huán)境，必須完美地協(xié)調(diào)這種分裂，延伸和細(xì)胞分化。

Ibañes和CañoDelgado的團(tuán)隊(duì)提出了三個(gè)假設(shè)來(lái)解釋細(xì)胞如何知道何時(shí)停止生長(zhǎng)：在分裂后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后;當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)根的位置時(shí);或當(dāng)細(xì)胞檢測(cè)到自己的大小。為了澄清這些假設(shè)中哪一個(gè)是正確的，該研究的第一作者，研究員Irina Pavelescu創(chuàng)建了三個(gè)分析和計(jì)算根增長(zhǎng)模型。這些模型在擬南芥根中用真實(shí)的細(xì)胞長(zhǎng)度測(cè)量進(jìn)行測(cè)試，在CRAG中用共聚焦顯微鏡進(jìn)行。“這項(xiàng)研究的主要結(jié)論是，根細(xì)胞知道它們已達(dá)到適當(dāng)?shù)拇笮。缓笏鼈兺Ｖ股L(zhǎng)并結(jié)束分化。因此，它們因大小而停止生長(zhǎng)，”MartaIbañes(UB，UBICS)說(shuō)。

由于數(shù)學(xué)模型，研究人員還可以解釋類固醇植物激素，油菜素類固醇在根系生長(zhǎng)中的作用。在這種情況下，他們測(cè)量了來(lái)自擬南芥植物的細(xì)胞，由于缺乏類固醇激素受體，它們具有微小的根和莖。該研究證明，當(dāng)通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞分辨時(shí)，僅在分裂的細(xì)胞中恢復(fù)了油菜素類固醇受體，從而增長(zhǎng)了根，這表明激素的作用在其生長(zhǎng)階段停留在細(xì)胞中。

植物類固醇對(duì)細(xì)胞再生至關(guān)重要

由AnaCañoDelgado領(lǐng)導(dǎo)的CRAG研究小組還發(fā)現(xiàn)了有關(guān)根系生長(zhǎng)和損傷后細(xì)胞修復(fù)能力的更多細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)已發(fā)表在“細(xì)胞科學(xué)雜志”上。特別是，該研究表明，當(dāng)根干細(xì)胞因基因組應(yīng)激而死亡時(shí)，類固醇激素信號(hào)被送到儲(chǔ)庫(kù)干細(xì)胞，以便它們分裂并替換受損的細(xì)胞。因此，維持了根的生長(zhǎng)。

“與大多數(shù)植物激素不同，植物類固醇不會(huì)長(zhǎng)距離運(yùn)輸。但是，我們的研究證明這些激素在短距離內(nèi)運(yùn)輸，這對(duì)于細(xì)胞更新過(guò)程中的細(xì)胞通訊非常重要，”Fidel Lozano說(shuō)。 Elena，CRAG的博士前研究生，也是該研究的第一作者。“細(xì)胞群之間這種更復(fù)雜的信號(hào)系統(tǒng)使植物更具彈性，”Ainoa Planas Riverola補(bǔ)充道，他也是第一作者和博士。小組中的學(xué)生。

“如果我們能夠在根部調(diào)整這些過(guò)程，我們就可以使根更強(qiáng)大，更好地固定，因此更能抵御氣候變化的挑戰(zhàn)，”AnaCañoDelgado說(shuō)。我們不能忘記，干旱現(xiàn)在是農(nóng)業(yè)中最嚴(yán)重的問(wèn)題。在西班牙，有幾年的降雨量比平常少，根據(jù)UnióndePequeñosAgricultoresy Ganaderos(小農(nóng)和牧場(chǎng)主聯(lián)盟，UPA)的最新報(bào)告，2017年干旱導(dǎo)致超過(guò)36億歐元的損失在西班牙的農(nóng)業(yè)部門(mén)，主要是由于作物的生產(chǎn)力大幅下降。這種情況發(fā)生在所有大陸，使得養(yǎng)活不斷增長(zhǎng)的人口的能力面臨風(fēng)險(xiǎn)。“因此，有必要種植能夠以較少的水量生產(chǎn)安全優(yōu)質(zhì)食品的作物，”