[科普中国]-植物干细胞

植物干细胞又称为分生组织，是相对于植物体内已经分化成熟的成熟组织而言的。植物分生组织根据其位置可以分为顶端分生组织和侧生分生组织两大类。其中顶端分生组织包括茎尖分生组织（SAM)和根尖分生组织（RAM)。侧生分生组织包括维管形成层（vascular cambium)和木栓形成层(cork cambium)。通常情况下，我们说干细胞（Stem Cell），多数是在讨论人类干细胞。那么什么是植物的干细胞呢？简单来说，植物的干细胞就是植物体内的两“团”细胞。这两团细胞分别位于植物的顶端分生组织（shootapical meristem，SAM）和根尖分生组织（root apical meristem，RAM）中。

简介植物干细胞（Plant stem cell）包含有关于植物发育和生长的所有程式，拥有永恒生命力的细胞（immortal cell），是植物生命力的根源（origin）。

植物干细胞存在于被称为分生组织的特殊构造内，具有非常惊人的再生能力。这些使得植物可以在数百年间不断生长，并生成全新的器官。《自然》415，715-754（2002）。

动物和人的干细胞，如胚胎干细胞，皮肤干细胞，肝干细胞，心脏干细胞，神经干细胞和诱导性多功能干细胞等名词及其研究成果时常出现在报纸和杂志上，人们对它们在医学上，特别是组织工程或再生医学上的应用抱有非常大的期望。那么植物是否也有像动物和人一样的干细胞呢?回答是肯定的，植物也有它们自己的干胞！植物细胞具有全能性是植物干组胞的基础，植物的干细胞具有很强的自我更新能力，并且可以分化成为其他类型的植物细胞，最终产生新的器宫，植物的干细胞主要包括顶端干绍胞(又称顶端分生组织)，根尖干细胞(根尖分生组织)和侧生干细胞(包括维管形成层及木栓形成属)。茎、叶和花这三大地上器官就是由位于顶端分生组织中的植物干细所产生的，而位于地下的根，则是由根尖分生组织中的干细胞分化而来，有的植物干细胞不衰老，长命千岁，例如狐尾松的树龄可达4000多年，其干组胞从种子萌发开始一直保持着生长分化的能力1。

分离培养由于植物干细胞的独特的构造，尽管有了160年的努力，但却从来没有成功地只将植物干细胞纯粹地分离出来并培养的先例。

形成层（植物干细胞）是由具有很薄且微小的细胞壁的微小细胞层构成，在分离过程中极易受损。《Life Science》(1999)322:633-650

形成层是由狭窄地沿轴方向很细地分布的，具有很薄的细胞壁和很多液泡的细胞构成，夹在由很厚的细胞壁的维管束组织中间，有着提取时极易受损的技术性难点。《journal of Microscopy》(1997)187:77-84

形成层是植物的分裂组织，即植物的干细胞组织。形成层由很薄的细胞壁的很少层数的细胞构成，在植物体内极微量存在。由于这样的结构特点，如果施加物理性外力的话，在分离的过程中极易受损，并丧失干细胞的特性。

2005年世界首次成功分离并培养了植物干细胞。

新兴技术植物干细胞培养是植物组织培养中新兴技术。植物干细胞( plant stem cell)是指包含有原植物生长和发育的所有程式，拥有永恒生命力的细胞( Immortal cell)与脱分化而来的细胞不同，植物干细胞存在于分生组织内，在外植体培养过程中由分生组织产生，干细胞形态均一、规则排列，区别于一般组织脱分化细胞的无规则聚集状态。植物干细胞具有非常惊人的再生能力，使得植物可以在数百年间不断生长，并生成全新的器官。人参干细胞培养已取得显著成果，还有待于深入研究和应用2。

调控机制近日，中国科学技术大学生命科学学院赵忠课题组研究揭示了植物干细胞调控的新机制，研究结果以Redox regulation of plant stem cell fate为题，发表在EMBO Journal上。

干细胞维持与分化的调控对于动物抑或是对于植物的生长发育而言具有重要意义，一旦干细胞功能发生异常，植物和动物的生长和发育均会出现严重缺陷。然而，目前对于植物和动物干细胞调控的共同机制尚不清楚。先前研究有报道过氧化氢在动物干细胞分化的调控有着重要作用。该项研究表明，超氧根和过氧化氢作为新的信号调控植物干细胞的维持与分化。在植物茎顶端分生组织（SAM）中，超氧根主要在干细胞CZ富集，而过氧化氢主要在分化细胞PZ富集，这种分布模式依赖于一系列活性氧代谢基因在SAM中特异表达模式，研究发现绝大多数的超氧化物歧化酶特异在分化细胞PZ表达而过氧化物酶在干细胞CZ特异表达。CZ区超氧根通过正调控植物干细胞重要调控基因WUS的表达从而维持干细胞的稳定；而PZ区过氧化氢可以促进细胞分裂调控分化过程。此外，研究还发现超氧根和过氧化氢之间形成balance、相互拮抗，并通过调控WUS而决定干细胞的命运。该研究揭示这种新的干细胞调控的信号可能在植物和动物中是保守的，并为研究ROS-介导的干细胞命运的调控机制提供了理论基础。

该研究是在科技部、中科院以及国家自然科学基金委的资助下完成的。

专利及认证成功开发了植物干细胞平台技术，获得了多项发明技术专利，并积极地将这些技术运用到产业运营中。

专利现状：

1.植物干细胞分离及培养技术作为平台技术在海外主要的十多个国家申请了专利认证，确保了广范围的专利网。

2.原料专利、技术专利和用途专利等包含在内的共120多个专利认证（包含海外的100多个专利）。

3.被韩国专利厅选定为“2010年尖端辅助材料产业IP-R&D战略支援事业”和“民间知识产业（IP）战略特派专家事业”，确立了R&D战略及增益创收的模型！

4.2011年被选定为专利明星企业，获得了政府奖励的为期3年的专利综合资讯咨询支援。

应用产业通过从多种植物中分离并大量生产植物干细胞，积极开发天然新药及生物新原料，以食品及化妆品产业为核心正不断发展与成长。

植物干细胞正在广泛通过商业、医学等领域运用到人类的生命健康象限之中。

本词条内容贡献者为:

赵磊 - 副教授 - 中国农业大学