植物在胚后生长中，除子叶、下胚轴外的地上组织和器官都是由茎顶端分生组织中的干细胞分裂和分化而来。因此，维持干细胞的稳定对植物的正常生长发育具有重要的意义。已有的研究表明，转录因子WUSCHEL（WUS）是维持植物茎尖分生组织中干细胞功能的核心因子，主要在茎尖分生组织的组织中心表达，并且其转录受到多条途径的精细调控。但是，在转录后水平上，调控WUS蛋白稳定性的分子机制仍不清楚。另外，植物茎尖分生组织大小与器官大小的分子联系是仍未回答的科学问题。
近期，中国科学院遗传与发育生物学研究所李云海团队研究发现，拟南芥中具有肽酶活性的DA1可以切割WUS蛋白，影响WUS的蛋白稳定性，从而调控茎尖分生组织和器官大小的重要机制。在早期的研究中，李云海团队及其合作者发现，拟南芥DA1基因编码一个有活性的肽酶，是调控种子与器官大小的关键因子。DA1突变后，植物产生大的种子和器官，表明DA1负调控种子器官大小。那么DA1突变是否同时产生更大的茎尖分生组织，具有更多的干细胞，从而具有产生大种子和器官的潜力，值得深入研究。结果表明，da1-1突变体确实具有大的茎尖分生组织，并且其干细胞的数目也增加。进一步的机制研究发现，DA1可以与WUS在体内体外互作，直接切割WUS，从而影响WUS蛋白的稳定性。而植物激素细胞分裂素可以通过下调DA1蛋白，导致WUS蛋白积累，进而调控茎尖分生组织的大小。该研究首次揭示了DA1是调控WUS蛋白稳定性的因子，同时揭示了DA1参与细胞分裂素信号途径调控WUS蛋白稳定性的分子机制，部分回答了大的茎尖分生组织可能产生大的组织器官的科学问题，为提高作物产量提供了理论基础。
图：Cytokinin-DA1-WUS控制茎尖分生组织干细胞功能和大小的工作模型
相关研究成果以“The peptidase DA1 cleaves and destabilizes WUSCHEL to control shoot apical meristem size”为题于2024年5月31日在线发表于Nature Communications杂志(DOI:10.1038/s41467-024-48361-7)。在读博士生崔桂彩和已毕业的李玉博士为该论文第一作者，李云海研究员和中国科学院植物研究所郑雷英副研究员为通讯作者，英国John Innes Centre 的Michael W. Bevan教授和Caroline Smith博士参与了本研究。该研究得到了国家自然科学基金项目和中国科学院先导专项B的资助。
文稿来源：李云海实验室授权发表