植物干细胞1.docx

1、植物干细胞1摘要：植物干细胞位于茎尖分生组织区和根尖分生组织区，是植物胚后发育中新的器官产生的源泉。近几年，在干细胞及其周围组织区发现了一些与干细胞稳态维持有关的基因，这些 基因产物与外源性信号(如生长素)一起组成复杂的调控网络控制植物的生长和发育。表观遗传修饰作为控制基因表达的一种方式也对植物干细胞有重要的影响。该文介绍近几年植物干 细胞分化调控的最新进展。关键词：植物干细胞；基因调控；生长素；表观遗传中图分类号：Q74动物干细胞因其在疾病治疗、组织修复和动物克隆等方面的广泛应用一直是研究人员和公众关注的焦点1，相比之下，植物干细胞研究却门庭冷落。由于植物细胞具有全能性，植物干细胞的概念也一

2、直存在争议。近几年的研究表明：在植物的茎尖分生组织(shoot apical meristem，. SAM)和根尖分生组织(rootapical meristem，. RAM)中，存在一群特殊的细胞，它们具有自我更新能力又能产生具有持续分裂能力的子细胞。这些特殊细胞是植物根、茎、叶和花等器官发生的源泉，因此被认为是植物干细胞2,3。与动物干细胞一样，植物干细胞的维持同样受到内源性信号和外源性信号的调控。 1. 植物干细胞的组织学特征 模式植物拟南芥的SAM 是一个半球状的穹型结构，由多个功能结构域组成图1(A)。干细胞位于分生组织的顶端中心区域，这个区域的细胞分裂不活跃。中心区域中干细胞分裂后

3、产生两部分细胞，一部分仍然保留在中心区域的叫干细胞后裔(progeny ofstem cells)，. 保持多潜能性，始终留守在原来位置，继承干细胞的衣钵；分裂出来的另一部分叫子细胞(daughter cells)，. 随着干细胞的分裂逐渐脱离中心区域到分生组织周边区域(peripheral zone，PZ)，. 在周边它们快速分裂并进行分化，融入分生组织两侧的器官原基中4。由此可见，SAM是不断改变的动态结构，干细胞群的维持依赖于周围组织细胞提供的各种外源性和内源性信号分子。在拟南芥的根尖分生组织中心，也有一群分裂缓慢的细胞，称为静止中心(quiescent center，QC)图1(B)。

4、在胚胎发生中，QC的建立不是来自胚体，而是来自胚柄最上部的细胞。QC 细胞通过不对称分裂产生子细胞，子细胞或者保留QC细胞功能，或者取代邻近细胞。实质上直接从QC 衍生出来的细胞就是干细胞，它们能够产生根部特定的组织类型。研究拟南芥根的发育表明，RAM 中干细胞的维持受位置信息的影响5。当QC被 切去后，邻近的细胞就发育成一个新的有功能的QC。QC释放信号分子以维持根尖干细胞局部微环境。 2. 植物干细胞调控的分子机制 2.1 WUS-CLV反馈调节环控制茎尖干细胞稳态 1996 年Laux等6利用诱变技术发现，WUSCHEL(WUS)基因的编码产物是维持干细胞数量的内源性信号分子。WUS m

5、RNA在干细胞组织中心区域表达，wus突变体花的数量明显减少且提前脱落，由此可见，在野生型植株中WUS 基因的功能是通过维持中心干细胞库以促进茎和花分生组织的活性。WUS基因的异位表达诱导异位干细胞的形成，表明WUS表达区域必须受到严格的调控以维持干细胞的正确位置和数量。与WUS基因功能相反，CLAVATA(CLV)基因突变则产生过多的SAM细胞，形成膨大的分生组织，茎尖呈环型而不是尖型7。在突变植株的一生中，由于产生过多的干细胞，其结果是枝条粗大，产生较多的花分生组织。因此，从表型性状推测，在野生型植株中CLV的功能是限制分生区干细胞增殖。 研究表明，CLV表达区域位于WUS之上8。CLV3

6、是干细胞分泌的小分子多肽，作为配体与CLV1-CLV2(在干细胞之下表达)组成的受体复合体相互作用。激活CLV 复合体启动下游信号事件，导致WUS 表达区域受到限制。在野生型拟南芥中，干细胞稳态受到正负信号的反馈调节。CLV3是一个负调控信号，控制WUS在分生组织中心很窄范围内表达。在CLV3 突变体中，WUS表达区域向两侧及向上扩展。转基因CLV3过表达的植株类似WUS 突变体，说明WUS基因的活性受到CLV信号通路的下行调节。WUS既是CLV负控信号的重要靶基因，又是促进干细胞数量的正调控基因。然而，诱导WUS 基因异位表达却能促进CLV3 基因转录，说明WUS 和CLV 组成了一个反馈调

7、节环4,8。当干细胞后裔脱离干细胞区域，成为器官原基的一部分后， 干细胞数量减少引起CLV3信号水平降低。负控信号水平降低引起WUS表达区域扩展，通过这个正调控途径使干细胞数量增加。干细胞数量增加到一定程度时反馈激活CLV3信号表达，限制WUS表达区域进一步扩大，保持干细胞数量的恒定。 2.2 SHR-SCR 信号通路对根尖干细胞的调控作用SCARECROW(SCR)和SHORTROOT(SHR)属于GRAS 家族的转录因子，对根尖分生区的维持起关键作用9。SCR在QC、内皮层/皮层初始区和已分化的内皮层表达，其功能缺失导致初始区及QC干细胞的连续性丧失。SHR在根尖中柱组织表达，其蛋白质转运

8、到邻近细胞层(包括QC)。SHR功能缺失导致QC的结构不规则，缺乏QC特异性标志分子和根部停止生长等表型。在内皮层/皮层初始区，SHR激活SCR，促进干细胞的不对称分裂。SHR 和SCR 都是维持QC 功能必需的，因为在shr突变体中，SCR在QC区域表达并不能挽救QC 缺失10。最近研究发现，PLETHORA (PLT1/2)基因对胚胎发生中干细胞群的形成和胚后发育中干细胞数量的维持亦至关重要11。PLT基因在QC和周围干细胞区域表达，与SCR分布区域重叠，说明它们共同为干细胞微环境提供信号。PLT基因异位表达诱导茎尖分生区形成异位的根尖干细胞微环境，因为SHR和SCR基因在此茎尖组织表达。

9、上述研究说明，根尖干细胞微环境的形成依靠SHR 和SCR 提供信号分子。 2.3 生长素对植物干细胞的调控作用生长素(auxin)对植物的生长、发育具有重要的调控作用，是熟知的影响干细胞微环境的外源性信号12。生长素在PIN蛋白(生长素运输辅助因子家族蛋白)协助下长距离极性运输，在这个过程中建立生长素梯度效应。在胚后的根尖分生区，最高的生长素梯度位于QC 下的远端干细胞。生长素最高梯度效应参与根尖干细胞微环境的位置特化，干扰生长素效应或者极性运输诱导分生区组织结构紊乱，形成异位的QC和干细胞13。Aida等11报道，PLT基因表达受生长素效应调节，但PLT基因突变不影响生长素在根尖分布和初级生

10、长素效应，说明PLT在生长素下游发挥作用。Pin基因突变影响QC 在胚后根尖中的位置及PLT基因表达模式，进一步说明生长素对干细胞区域化的影响是通过PLT基因介导的13。此外，3个PIN基因的表达受到PLT基因调节。上述研究表明，生长素启动胚根发育，调节PLT 基因表达使干细胞位置特化；PLT 基因又反馈调节PIN基因表达，通过稳定生长素最高梯度效应进一步使根尖干细胞微环境区域化9。此外，生长素的另外一个重要作用是控制茎尖干细胞分化、促进器官原基形成14。生长素向顶端分生组织运输，控制该区域的细胞参与两侧器官发生。器官原基总是在分生组织的高生长素浓度区域形成，一旦形成器官原基，它像海绵一样吸取

11、周围细胞中的生长素。新的原基器官的出现除效应于高生长素浓度外，还是KNOX基因下调表达的结果。在玉米中，通过抑制生长素运输实验表明：生长素积累抑制型KNOX基因，如SHOOT MERISTEMLESS(STM)基因，在PZ区域表达15; 反之，亦有研究表明，KNOX基因的表达调节生长素的极性运输。生长素和KNOX基因是否通过相互作用建立一个自动调节环，这个问题尚需继续探索。 2.4 表观遗传机制对植物干细胞的调节与动物干细胞一样，植物干细胞也受到染色质活性变化的调节。研究表明，染色质装配因子FAS1 和FAS2 限制WUS 和SCR 基因的活性，且在FAS1 或FAS2 突变植株中观察到WUS

12、 基因异位表达现象，说明WUS 是FAS1和FAS2的靶基因16。BRU1，一个稳定复制后染色质结构的蛋白质，与WUS基因的正调控有关5。最近研究发现，WUS 是染色质重塑因子SYD 的直接靶基因。SYD 属于ATP 酶家族蛋白，使DNA 模板易于形成转录复合体从而促进转录17。Syd突变植株SAM提前进入终端分化与WUS表达水平降低的表型一致。染色质免疫沉淀证明SYD 结合到WUS 启动子区域，说明SYD是WUS基因的上游调控因子17。在动物中，PcG蛋白家族通过组蛋白甲基化和组蛋白去乙酰基化关闭与 干细胞分化有关的基因，使干细胞保持未分化状态3。在植物中，研究表明干细胞全能性丧失与PcG介

13、导的基因沉默有关。Katz等18研究表明，FIE和CLF蛋白(分别与PcG家族蛋白Eed和Ezh2同源)抑制STM基因表达。STM 基因的主要功能是抑制分生组织中细胞的分化，保证分生组织内细胞的扩增，从而能有足够数量的细胞成为器官原基。上述研究表明，染色质修饰对植物干细胞和动物干细胞的调控具有相似的分子机制。在动物中，AGO(ARGONAUTE)蛋白与干细胞自我更新有关3。在拟南芥胚胎发生中，AGO家族蛋白ZLL对建立稳定的茎尖干细胞群非常关键。在zll突变体中，种子萌发后不久茎尖分生区就进行终端分化，只产生一个或少数几个花器官19。ZLL异位表达诱导细胞过度分裂和形成异位分生组织，说明该蛋白

14、质在建立干细胞群中发挥作用。研究已证实，AGO家族蛋白的功能是通过siRNA 和miRNA 控制mRNA 稳定性或者抑制mRNA 翻译20。除控制mRNA 翻译外，在裂殖酵母和拟南芥中还发现，AGO 蛋白参与miRNA 介导的组蛋白甲基化过程3。尽管miRNA和染色质失活之间机制尚待阐明，但众多的研究表明它们对干细胞的自我更新和分化有重要影响。 3. 总结 在过去几年里，植物干细胞的研究取得了很大进展，研究人员发现了一些与干细胞数量维持和分化有关的基因，这些基因与外源性信号一起组成复杂的网络控制植物的生长和分化。尤其重要的是，人们逐渐发现植物干细胞和动物干细胞尽管形态和功能各异，干细胞稳态的维

15、持却具有相似分子机制。调控染色质活性变化的PcG 蛋白家族和通过miRNA 发挥作用的AGO蛋白家族在动、植物干细胞共同存在，这一现象进一步激发研究人员的兴趣。因此，这些领域的研究必将促进人们对干细胞生物学特性的了解。研究幹細胞的應用叫再生醫學，再生醫學是未來人類持久保持健康長壽的支柱。甚麼是幹細胞 :幹細胞是一群尚未完全分化的原始母細胞，它具有自我更新及分化的潛能。在一定條件下，幹細胞可以分化為多種特定功能的組織細胞。從胚胎發育到成人的過程中，幹細胞扮演最關鍵的角色，它能分裂及發育成為多細胞的組織及器官，並擔負著個體的各個組織及器官的修復再生等重大責任。幹細胞的分類 :幹細胞共分為六類，而其

16、中兩類被現今視為最重要的研究分別是胚胎幹細胞及成體幹細胞。研究幹細胞的應用叫再生醫學，再生醫學是未來人類持久保持健康長壽的支柱。幹細胞的儲存由於幹細胞在醫療上之應用將會愈來愈廣泛，包括治療疾病、抗衰老、改善生活素質以及還未發現的潛在用途上；所以近年來有大量提供幹細胞儲存的公司在世界各地，例如歐美、日本、韓國、新加坡、台灣、以至中國內地紛紛成立。幹細胞之儲存是利用超低溫冷凍法，細胞放置在液態氮氣的煙霧裹，永久儲存在196中。在此低溫情況下，細胞內之所有生物性反應停頓。當客人有需要使用所儲存之幹細胞時，被冷凍之細胞便會被逐步解凍及重新回復其生物活性，最後返回剛儲存時之狀態以供使用。現時，幹細胞之儲

17、存技術已十分成熟。嚴格的監控，精確的溫度調節，及不斷進步之生物技術，令被保存之細胞的活性可保持不少於十五年或更長之年期。讓被儲存的幹細胞可於有需要時發揮其應有作用。1931年多利的诞生，人类进入了复制时代；1999年美国国家健康协会在8位诺贝尔奖获得者的提议下，致书当时总统克林顿，宣导人类干细胞研究；1999年末，“干细胞研究的新发现”成为当年世界10大科技新闻，人类抗衰老进入了一个崭新的时代。2003年，美国财富杂志预测，未来20年，干细胞技术的应用将全面进入家庭。例：生物克隆羊，克隆猪，植物仿生克隆，大豆，水稻等。永保青春不是梦？什么是干细胞？干细胞是人体自有的一种再生细胞，是具有自我复制

18、和多向化潜能的原始细胞，使机体的起源细胞，人类个体的发育过程实质就是干细胞的自我更新和增值分化过程。干细胞提取，科学家们把生物体的胚胎中提取或是人体脐带血，胚胎，骨髓，血液中提取的，广泛运用于医学领域，如：白血病，肾脏移植。等被称为万用细胞，具有再生，修复，延缓衰老的能力。我们的干细胞全新植物干细胞基因克隆技术及SFE（二氧化碳超临界低温萃取和仿纳米技术，超浓缩地萃取了新鲜健康植物胚胎中高达99.9的干细胞酶类成分。这些酶类成分具有最原始的活性和强烈的生长性。健康新鲜干细胞酶类物质进入人体后，可激活人体细胞，促进细胞新陈代谢优化整体生理系统，遏制、延缓人体细胞衰老，促进细胞代谢和更新，从整体上

19、恢复到青春、健康的状态。解读干细胞临床应用标准与规则(2010-03-17 20:40:48) 转载标签： 解读干细胞临床应用标准规则股票分类：干细胞来源:健康报国际上最大最权威的干细胞研究组织国际干细胞研究协会（International Society for Stem Cell Research，简称ISSCR）于2008年12月3日正式发布了“干细胞临床转化指导规则”以及“告患者书”。这一指导规则是由来自13个国家的干细胞研究者、临床医生、伦理学家以及管理官员组成的专家组历时两年完成的，标志着干细胞科学界为干细胞应用的标准化与有效管理提出了可供依据的科学意见。北京大学干细胞研究中心主任

20、李凌松教授是其中的中国委员。这一规则不仅对干细胞科学研究者、参与干细胞应用的临床医务人员以及有关政府管理机构具有权威性的参考价值，而且也兼顾了为广大消费者提供一个可以参照的程序，用来判断某种干细胞治疗是否符合科学以及管理的要求。因此，有必要就这一规则向广大科学家、临床工作者、消费者以及政府相关管理部门做一介绍。研究者应遵守哪些规则干细胞有关的标准和规则大部分仍在讨论和制定过程中，基本上可以归为几大类。一类是干细胞科学研究的标准。其目的是为了使不同实验室研究胚胎干细胞采用的方法和标准能够一致。另一类是关于干细胞产品临床试验的标准以及临床技术应用的标准。实验室研究出的干细胞产品在正式应用于临床之前

21、，需要经过严格的临床前及临床试验，以保证安全性、疗效以及一些技术指标。这一类称做“临床应用转化”，指从实验室向临床应用的必要转化过程。第三类是临床准入标准，包括实施干细胞治疗的医院的资质、医生的资质、医院干细胞设施的标准等。另外，干细胞产品的生产工艺与过程，也需要相应的标准与规则。而干细胞产品还有可能作为商品跨国交易，因此也需要相应的国际规则来管理。更主要的是由什么机构来制定标准，由哪些机构来制定与监督执行管理规则。从应用的角度而言，上述各种标准与规则中，关于临床应用转化的标准处于核心的地位。这也是国际干细胞研究协会出台“干细胞临床转化指导规则”的现实意义。该指导规则首先表明了国际干细胞研究协

22、会坚决反对任何以牟利为目的的、未经证实的干细胞治疗。强调干细胞研究者、研究机构以及管理机构有责任阻止这类损害患者经济与健康利益，并有可能对干细胞研究带来极大负面影响的行为。该指导规则随后提出了干细胞研究者应当遵守的相应的职业道德和操守，着重强调严格的、独立的同行科学评审与监管机制的执行。而与临床应用直接相关的内容包括三部分，即用于移植的细胞的制备与生产所应该遵守的标准与规则、动物的前临床实验规则、人体的临床试验的规则。这些规则对于研究人员、临床医生和制定规则的政府部门具有指导性的意义（感兴趣的读者请参阅将正式发表的完整文件）。必须承认的是，某些特殊情况下，新技术的临床应用可能先于上述严格的程序

23、，这叫做“医疗创新”或“创新式医疗应用”，医学史上有不少这样的例子。但同样必须强调的是，这种医疗创新绝不等于毫无准备与规则的滥用，而是建立在必要的科学预测与基本数据之上的谨慎尝试，而且这种尝试同样要受到严格的规则限制。比如，并非任何人都有资格进行这样的尝试，也不可以根据随意想象来尝试。再者，“创新医疗方法”应有助于严格的临床研究，而不是单纯出于某种侥幸心理。在尚不存在严格成形的科学标准和管理规则之前，这一点是非常重要的。患者如何辨析治疗是否规范那么，对于公众而言，对于潜在的消费者而言，在干细胞科学研究尚在进行、临床应用条件尚未成熟以及管理规则还有待制定的情况下，如何采取必要的措施保护自身的健康

24、与经济利益，如何配合科学界与管理机构监督干细胞治疗的规范性，避免被不正当的商业手段所蒙骗，是一个值得认真考虑的问题。这方面，干细胞科学家与临床工作者有责任提供必要的信息，教育公众。因此，国际干细胞研究协会的“干细胞临床转化指导规则”出台的同时，专门发表了一部“告患者书”，配合指导标准，就公众和潜在消费者如何寻求干细胞治疗的专门信息提供了一套完整的方案。下面概括为几个方面。第一，消费者必须明确的是，目前比较成熟的干细胞治疗主要还是骨髓干细胞治疗血液系统疾病，例如白血病和一些免疫疾病。某些皮肤疾病也可以由特定的干细胞治疗获得疗效。其他所有的干细胞治疗，都仍处在实验阶段，还没有达到成熟临床技术的程度

25、。例如，如何生产足够的干细胞用于治疗仍是一个重大技术问题；哪些细胞用于哪种疾病，如何把这些细胞送达疾病部位等仍在探索中；而且，干细胞移植体内后会长期存在，是否会由此引发各种副作用，仍有待观察研究。这是消费者对目前的干细胞治疗必须有的基本认识。第二，任何接受实验性治疗的患者都应当得到“患者知情同意书”，用患者可以理解的语言详细介绍治疗的内容，强调说明治疗本身的实验性质，明确患者选择是否接受治疗的权利，说明治疗中可能出现的风险，规范患者要做的事情和担负的责任等。“患者知情同意书”必须由患者本人和提供治疗的主治医生签署，并由患者掌握一份。具体而言，一份临床试验的知情同意书应当包括下列内容：研究的内容

26、以及为什么要进行该项研究；治疗的内容是什么；是否随机试验；接受安慰剂或替代治疗的几率是多少；相关的医疗选择有哪些；研究实际操作有哪些，如抽血等；研究者信息；研究持续时间；保护患者权利的独立机构及其指定联系人的详细联系信息；作为被试者的责任与义务，谁将能够接触关于你的研究/医疗数据，你的保密性权益；获得新的、可能影响你是否继续参与该项研究的信息的权利；可以退出该项试验的各种情况；可以不承担任何后果地退出试验的权利及多少患者参与该项研究等。第三，评判某种干细胞治疗是否合乎规则的主要指标如下：前临床研究结果是否已经发表，并得到本领域其他专家的评审与重复；是否通过了研究机构的独立评审；所提供的治疗是否

27、获得了国家或区域性管理机构的批准。第四，接受干细胞治疗应当警惕的关键问题：对疗效的描述往往迎合患者心理，宣称同一种细胞能够治疗多种疾病，细胞的来源或治疗的途径没有明确说明，没有提供详细的治疗方案，治疗方案没有得到相应机构的批准，宣称该治疗没有任何风险，治疗费用昂贵或有隐藏的费用，医疗保险信息不明确等。第五，一些相关的技术问题：干细胞的来源是什么；干细胞是如何鉴定、分离和生长的；这些干细胞是否在治疗前已分化为专门的细胞；这些细胞是如何给到身体的正确部位的；如果所移植的细胞不是自己的，如何保证免疫系统不对外来细胞做出反应。第六，安全性与紧急情况：如果发生副作用将会采取什么措施；发生紧急情况时联系人

28、是谁；谁将提供急诊处理；该医疗机构是否能够有效处理紧急情况，如严重的过敏反应；有哪些随访治疗，多长时间；我需要做什么；谁是该治疗的主管医生；该医生受过哪些专门的训练；其他相关的医生和技术支持人员是否具有良好的训练。第七，患者权利：作为一个临床研究参与者的权利有哪些，如保密性、获得新出现情况的信息的权利、退出研究的权利。在参与研究过程中受到伤害时有权获得哪些赔偿与补偿等。第八，治疗的费用是多少；覆盖了哪些内容；有无其他的费用；谁提供紧急医疗以及谁负担紧急医疗的费用；参加异地治疗时所需的旅行费用以及健康保险等费用如何处理。遵照上面的程序，消费者可以对如何寻求合格的干细胞治疗有一个大概的了解。需要提

29、醒的是，“干细胞临床转化指导规则”以及“告患者书”都将正式出版，这里只是一个简要的介绍。我们国家的干细胞研究一直紧跟世界发展的水平，10年来建立了一批具有国际水准的研究机构和研究队伍，形成了具有我国特色的一些研究方向和成果。由于我国人口众多，市场潜力巨大，干细胞未来的社会、经济效益将是非常可观的。同时，我们必须清醒地认识到，从干细胞的研究到实际的应用还要经过漫长艰苦的研究发展过程。面对具有无限潜力的干细胞研究和应用前景，科学界、临床工作者、产业界以及广大消费公众，都需要有一个现实的态度，需要耐心与理解，需要承担各自的责任，互相配合，以保证科学研究与临床应用能够在最有利的环境中进行。这是与最广大

30、的消费者利益密切相关的根本问题。同时，政府有关机构需要根据干细胞科学技术以及市场的发展，及时出台合理有效的管理规则，使得公众能够在规范有序的条件下，最大限度地享受干细胞这一最前沿的科学技术带来的福祉。什么是植物干细胞？(2009-11-22 08:18:07) 标签： 分生组织干细胞愈伤组织组织细胞杂谈分类：生物科技新产物多贝尔植物植物干细胞是所有植物细胞的起源，植物是由植物干细胞分裂形成的。由于植物干细胞构成了非常薄且细微的细胞层，所以在分离过程中很容易受到损坏。由此，生物学界长期以来认为只把纯粹的干细胞分离出来并培养是不可能的事情。l 要证明是植物干细胞需满足以下两个条件: 自我增殖(Se

31、lf-renewal) 保持未分化状态，在无限的时间内能够保持增殖的能力 (资料来源: Stem cell signaling networks in plant. - Plant Molecular Biology (2006) 60:793810) 分化多能性(Pluripotency) 能够分化为多样的细胞和组织前构体(precursor)能力 (资料来源: Pluripotent vs. totipotent plant stem cells: dependence versus autonomy? - Trends in Plant Science (2007) 12:245-252

32、)l 满足以上两个条件的植物干细胞在自然状态下存在于植物的分生组织(meristem)*中 “分生组织是由具有分化多能性的干细胞组成的植物的特有组织。” (资料来源: Plant Meristem: A Merry-Go-Round of Signals - Current Biology, (2003) Vol. 13, R368R374)l 学界认为将植物纯粹的分生组织进行无变异无损伤的分离/培养是不可能的*l 如果没有植物发育学及植物形态学等植物学领域的专业知识，很容易将愈伤组织细胞(callus)误认为是植物干细胞。但是“未分化”的由分生组织而来的干细胞，和“脱分化”的愈伤组织细胞相比，有着可以清楚鉴别出来的非常独特的特性。分生组织(meristem):