子科生物报道：中国春秋战国时代涌现了许多著名的哲学家，其中惠子的“历物十事”中有一句名言“日方中方睨，物方生方死”，引发了我们对生命本质的哲学思考：为什么世上所有的多细胞生命体都会经历一个从出生、成熟直至死亡的过程？为什么生命不能永生？这种不可逆性背后的原理是什么？当我们阐明了其背后的原因后，是否就能实现永生呢？

  与动物类似，植物的一生中也历经了多个发育时期的转变。先前的研究表明，这一年龄进程是由进化上保守的miRNA —— miR156所调控。与昆虫中的保幼激素相似，幼苗中miR156的含量很高，维持植物处于幼年期；随着植物年龄的增长，miR156的含量逐渐下降，促发植物从幼年期过渡到成年期和生殖生长期。过量表达miR156使植物处于幼态化状态，而降低miR156的活性则会导致植物出现早熟的表型。miR156如何感知植物年龄，其表达量为何随年龄的增长而逐渐下降已经成为该领域的核心科学问题，也是我们探知植物年龄进程不可逆性的一个突破口。

  2021年11月9日，国际学术期刊PNAS在线发表了植物分子遗传国家重点实验室王佳伟研究组题为“Cell division in the shoot apical meristem is a trigger for miR156 decline and vegetative phase transition in Arabidopsis ”的研究论文。该研究发现 miR156 的含量下降与植物的绝对年龄（即绝对时间）无关，而与植物的生理年龄呈负相关性。种子萌发后，顶端分生组织的细胞分裂是诱发 miR156胚后下降的本质原因。这一简单的生物学模型合理的解释了多细胞生命体发育进程的不可逆性，也提示“细胞静止”是植物年轻的源泉。

  该项研究构建了拟南芥MIR156C的启动子荧光报告体系（拟南芥共有8个MIR156编码基因，这里仅以MIR156C为代表），详细分析了MIR156C启动子在胚胎、茎尖和根中的时空表达模式。研究发现，MIR156C在胚胎时期一直维持着较高的表达水平。随着种子的萌发，茎尖和根尖分生组织开始活化，通过细胞分裂和分化产生叶片和根组织。激光共聚焦实时观察分析表明，在细胞分裂旺盛的分生组织区，MIR156C启动子的活性随着细胞分裂的进行逐渐下降。而在细胞分裂活性较低的区域（例如茎尖分生组织下方和根部靠近地上区域），MIR156C启动子活性一直维持在很高的水平。低温、细胞分裂抑制剂（FVP）和 TOR 抑制剂处理均能有效地抑制根尖顶端分生组织的细胞分裂，并进而阻止MIR156C启动子活性的下降，提示分生组织的细胞分裂是MIR156C表达下降的本质原因。

  该研究进一步利用基于GFP的miR156感受器（miR156 sensor）进行了遗传诱变筛选，发现组蛋白去乙酰化酶基因HDA9参与了MIR156C的表达调控。随着分生组织细胞的持续分裂，MIR156C的转录活性逐渐降低，MIR156C基因座位的激活型组蛋白标记H3K27ac在HDA9的作用下逐渐减少，并伴随着抑制型组蛋白标记 H3K27me3 的加载。由于H3K27me3标记可以随着细胞分裂而被稳定遗传，因此这些细胞中的MIR156C基因座位将永久维持在一个沉默的状态，保证植物不可逆的进入到成年期。

  中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后程颖娟为论文第一作者，王佳伟研究员为通讯作者，商冠东、徐洲更、虞莎、吴连宇、翟东、田世龙、高健和王龙也参与了研究工作。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、上海市科委、中国科学院先导项目和上海市超级博士后项目的资助。

实时荧光成像显示pMIR156C:GFP-N7报告基因在拟南芥侧根起始过程中的表达。

图A: HDA9参与调控了MIR156C表达随细胞分裂下降的过程。图示为突变体表型和最早出现下表皮毛的叶片。

图B: 拟南芥根中MIR156C座位H3K27ac和H3K27me3组蛋白修饰。3 D Pro.：生长3天的幼苗根靠近地上部分。3 D Dis.：生长3天的幼苗根尖部分。FVP：生长3天的幼苗经FVP处理4天，根尖部分取材。