Nature揭示植物生长基因调控网络

 绿芽是春天来临的征兆，但这些芽和根的生长却是一个复杂的过程。现在来自加州大学戴维斯分校和马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的研究人员，第一次描述了使得植物生长的部分遗传控制网络。

木质部（xylem）位于植物茎和根的中央部分，这些长的中空细胞充当了导管（将水分和矿物质输送到整个植物）和结构物质双重角色。木质部的结构强度来自于次生细胞壁（secondary cell wall）。这一次生细胞壁是由三种分子构成：实质上是糖类的纤维素及半纤维素；以及提供强度的木质素。

一些对制造生物燃料感兴趣的研究人员，希望能够在不会太过影响木质素的情况下，从植物材料中除去这些糖类。

加州大学戴维斯分校的研究生Mallorie Taylor-Teeples，与植物生物学助理教授Siobhan Brady，以及马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的Sam Hazen一起，克隆了拟南芥中与纤维素、半纤维素以及木质素生成相关的50个基因，筛查了它们与460多个转录因子，或是开启或关闭基因表达的其他一些基因的相互作用。

在加州大学戴维斯分校基因组中心计算机科学家Ilias Tagkopoulos及其同事的帮助下，研究人员构建出了一个显示不同的基因和转录因子如何彼此联系的网络。研究结果发表在近期的《自然》（Nature）杂志上。

Brady说：“这是第一次在一种植物中以这样的水平阐明这样的网络。它有助于我们思考如何来操纵和控制这些网络。”

“值得注意的是，这一网络中包含大量的‘前馈回路’，” Brady说。举一个前馈回路的例子，转录因子X作用于Y因子，后者转而对Z基因起作用。而X也可以直接对Z起作用。这样的系统在其他的控制网络中已被人们所熟知，其可以在没有中央核心调控因子的情况下降低随机“噪音”，精细协调不同的步骤。

研究人员还研究了这一系统对于不同类型的环境变化所做出的反应。例如，夺去根细胞的铁离子可促进木质素生成，木质素可提高铁摄取。但将细胞暴露于盐中则可引起不同的反应：木质部细胞会发生增殖来增加水输送。

Brady说，了解影响木质素、纤维素和半纤维素含量的控制网络，最终有助于植物育种者们构建出最适合于实现生物燃料生产的品种。