山东大学参与一项开拓性的研究:植物的根就像电钻一样

时间：2021-04-30 00:00:00 来源：网络整理

在特拉维夫大学开展的一项跨学科研究项目中，来自George S. Wise生命科学学院的植物科学学院的研究人员与萨克勒医学院的同事合作，研究植物根系生长的过程。植物研究人员得到了一个由研究癌细胞的癌症研究人员建立的计算模型的帮助，他们将这个模型用于植物的根细胞。

这一令人着迷且具有突破性的发现——在世界上首次证明，在单个细胞的分辨率下，根以螺旋运动的方式生长——就像钻穿墙壁一样。在这项研究之后，癌症研究人员推测，癌细胞也在螺旋运动的帮助下穿透肿瘤环境中的健康组织，或在身体的各个器官中产生转移。

该研究由特拉维夫大学植物科学与食品安全学院的Eilon Shani教授和临床微生物与免疫学系的Ilan Tsarfaty教授领导，并与来自美国、奥地利和中国的研究人员合作进行。这篇文章于2021年3月发表在广受好评的《Nature Communications》杂志上。

Shani教授团队的研究人员，用拟南芥作为模型。他们用荧光蛋白标记了根细胞的细胞核，并通过高倍显微镜观察了根尖细胞的生长过程和运动——每部电影中大约有1000个细胞。此外，为了弄清这种运动的原因和控制因素，他们将注意力集中在一种名为生长素的已知激素上，这种激素可以调节植物的生长。他们建立了一个基因系统，可以在一些选定的细胞类型中激活生长素的产生(就像开关一样)，然后在四个维度——三个空间维度和时间维度中监测开/关机制的影响。每一次生长素合成后，对数千个细胞的每一个进行录像，录像时间为6 ~ 24小时，从而积累了大量的数据。

下一步，研究人员得到了Tsarfaty教授提供的计算工具的帮助，该工具是在他的实验室开发的，目的是监测癌症生长的发展。他们使用这些工具来分析研究中获得的成像数据。因此，他们第一次真正能够用自己的眼睛观察到根的螺旋运动，并精确地量化和绘制了30多个与时间和空间有关的根生长参数，包括加速度、长度、细胞结构的变化、细胞之间的协调生长过程和速度-为每一个在根尖的千个细胞。利用荧光报告基因，他们甚至可以精确地评估生长素对根的运动和影响，以及它控制生长过程的方式。

Shani教授:“植物对研究人员提出了特殊的挑战。例如，植物的一半(隐藏的一半)，即根系，被埋在地下。为癌症研究开发的计算工具使我们第一次能够精确地测量和量化生长动力学，并揭示在单个细胞分辨率下控制它的机制。通过这一点，他们已经大大推进了植物研究，这是一个对社会至关重要的领域——无论是从环境的角度，还是从农业和养活人口的角度。”

Shani教授补充说:“在我们的研究过程中，我们发现了一个以前没有‘活’观察到的迷人现象:我们看到根尖的细胞以螺旋运动，就像钻穿泥土一样。我们也认识到，生长素激素控制着根尖的拧花过程。我们学习并测量了生长素在根内从一个细胞传递到另一个细胞的运动方向，以控制根的生长和螺旋运动。”

Tsarfaty教授补充说:“这是一种协同合作，使双方都受益并受到启发。在植物中，过程发生得要快得多，因此为我们提供了一个极好的模型。根据这项植物研究的结果，我们目前正在研究癌细胞和转移细胞在向邻近健康组织渗透过程中是否存在类似螺旋运动的可能性。”

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