植物干细胞重塑和维持的调控机理
完成单位：山东农业大学、山东大学
完成人员：张宪省、丁兆军、程志娟、苏英华、桑亚林、赵翔宇、李兴国
获奖情况：山东省自然科学奖一等奖
项目简介：
高等植物的干细胞形成于胚胎，分别位于茎尖和根尖分生组织内。种子萌发后，干细胞不断分裂分化产生子代细胞，组成整个植物体。在合适的离体条件下，植物体细胞表现出强大的可塑性，能够重编程并发生命运转变，形成全能和多能干细胞，进而再生出完整植株。干细胞的重塑是植物离体繁殖的先决条件，也是建立遗传转化体系，开展基因功能分析和生物技术应用的重要基础。该项目团队一直从事植物干细胞重塑和维持的分子机理研究，主要取得了以下研究成果：
1. 阐明了激素和表观遗传修饰调控茎尖分生组织干细胞重塑与维持的分子机理，为建立作物、林果、花卉等高效再生和遗传转化体系提供了重要的理论基础。
首次发现细胞分裂素和生长素通过合成和信号转导基因之间的精准时空调控，形成相互拮抗的响应信号特定分布模式，进而诱导茎尖干细胞特征决定基因WUS的表达，形成茎尖干细胞并维持干细胞的活动。证明了表观遗传修饰通过调节干细胞特征决定基因WUS和细胞周期相关基因KRP转录，参与茎端干细胞重塑的调控。
2. 证明了生长素浓度梯度和活性氧浓度是维持根尖干细胞活动的必要条件；揭示了铝胁迫通过激素信号调节根发育的机理。
发现根尖干细胞特征决定基因WOX5和生长素信号转到之间的负反馈调节机制，该机制维持生长素浓度梯度，进而保障根尖干细胞的活动；首次证明三磷酸水解酶介导的最适活性氧浓度是维持根尖干细胞正常功能的必要条件；揭示了铝胁迫通过生长素、乙烯、细胞分裂素和茉莉酸的共同作用，调节根尖干细胞子代细胞活动，进而调节根发育的机理。
3. 解析了植物激素调控胚胎发生过程中茎尖和根尖干细胞形成的机理。
解析了体细胞胚胎发生过程中，以生长素和细胞分裂素为主的植物激素对茎尖和根尖干细胞起始的调控关系，明确了ABA调控种子发育、保障干细胞形成的分子机理。
本成果发表SCI收录研究论文33篇，总影响因子238.941；其中JCR 1区论文15篇，影响因子5以上论文22篇，单篇最高影响因子14.017。被包括TRENDS IN PLANT SCIENCE 、MOLECULAR PLANT、NEW PHYTOLOGIST、PLANT PHYSIOLOGY等国际著名学术刊物引用，他引总计538次。获得国家发明专利3项。研究成果在国内外产生了相当大的影响力，为提升我国在该领域的学术地位和对我国植物生物技术产业发展发挥了重要作用。