植物幹細胞

植物幹細胞是相對於植物體內已經分化成熟的成熟組織而言的。植物分生組織根據其位置可以分為頂端分生組織和側生分生組織兩大類。其中頂端分生組織包括莖尖分生組織（SAM)和根尖分生組織（RAM)。側生分生組織包括維管形成層（vascular cambium)和木栓形成層(cork cambium)。通常情況下，我們說幹細胞（Stem Cell），多數是在討論人類幹細胞。那么什麼是植物的幹細胞呢？簡單來說，植物的幹細胞就是植物體內的兩“團”細胞。這兩團細胞分別位於植物的頂端分生組織（shootapical meristem，SAM）和根尖分生組織（root apical meristem，RAM）中。

基本介紹

• 中文名：植物幹細胞
• 外文名：Plant stem cell
• 地位：植物生命力的根源
• 出處：《自然》
• 分類：頂端分生組織和側生分生組織兩大類
• 領域：生命科學
• 特點：擁有永恒生命力的細胞

簡介

植物幹細胞（Plant stem cell）包含有關於植物發育和生長的所有程式，擁有永恒生命力的細胞（immortal cell），是植物生命力的根源（origin）。

植物幹細胞存在於被稱為分生組織的特殊構造內，具有非常驚人的再生能力。這些使得植物可以在數百年間不斷生長，並生成全新的器官。《自然》415，715-754（2002）。

動物和人的幹細胞，如胚胎幹細胞，皮膚幹細胞，肝幹細胞，心臟幹細胞，神經幹細胞和誘導性多功能幹細胞等名詞及其研究成果時常出現在報紙和雜誌上，人們對它們在醫學上，特別是組織工程或再生醫學上的套用抱有非常大的期望。那么植物是否也有像動物和人一樣的幹細胞呢?回答是肯定的，植物也有它們自己的乾胞！植物細胞具有全能性是植物乾組胞的基礎，植物的幹細胞具有很強的自我更新能力，並且可以分化成為其他類型的植物細胞，最終產生新的器宮，植物的幹細胞主要包括頂端乾紹胞(又稱頂端分生組織)，根尖幹細胞(根尖分生組織)和側生幹細胞(包括維管形成層及木栓形成屬)。莖、葉和花這三大地上器官就是由位於頂端分生組織中的植物乾細所產生的，而位於地下的根，則是由根尖分生組織中的幹細胞分化而來，有的植物幹細胞不衰老，長命千歲，例如狐尾松的樹齡可達4000多年，其乾組胞從種子萌發開始一直保持著生長分化的能力。

分離培養

由於植物幹細胞的獨特的構造，儘管有了160年的努力，但卻從來沒有成功地只將植物幹細胞純粹地分離出來並培養的先例。

形成層（植物幹細胞）是由具有很薄且微小的細胞壁的微小細胞層構成，在分離過程中極易受損。《Life Science》(1999)322:633-650

形成層是由狹窄地沿軸方向很細地分布的，具有很薄的細胞壁和很多液泡的細胞構成，夾在由很厚的細胞壁的維管束組織中間，有著提取時極易受損的技術性難點。《journal of Microscopy》(1997)187:77-84

形成層是植物的分裂組織，即植物的幹細胞組織。形成層由很薄的細胞壁的很少層數的細胞構成，在植物體內極微量存在。由於這樣的結構特點，如果施加物理性外力的話，在分離的過程中極易受損，並喪失幹細胞的特性。

2005年世界首次成功分離並培養了植物幹細胞。

新興技術

植物幹細胞培養是植物組織培養中新興技術。植物幹細胞( plant stem cell)是指包含有原植物生長和發育的所有程式，擁有永恒生命力的細胞( Immortal cell)與脫分化而來的細胞不同，植物幹細胞存在於分生組織內，在外植體培養過程中由分生組織產生，幹細胞形態均一、規則排列，區別於一般組織脫分化細胞的無規則聚集狀態。植物幹細胞具有非常驚人的再生能力，使得植物可以在數百年間不斷生長，並生成全新的器官。人參幹細胞培養已取得顯著成果，還有待於深入研究和套用。

調控機制

近日，中國科學技術大學生命科學學院趙忠課題組研究揭示了植物幹細胞調控的新機制，研究結果以Redox regulation of plant stem cell fate為題，發表在EMBO Journal上。

幹細胞維持與分化的調控對於動物抑或是對於植物的生長發育而言具有重要意義，一旦幹細胞功能發生異常，植物和動物的生長和發育均會出現嚴重缺陷。然而，目前對於植物和動物幹細胞調控的共同機制尚不清楚。先前研究有報導過氧化氫在動物幹細胞分化的調控有著重要作用。該項研究表明，超氧根和過氧化氫作為新的信號調控植物幹細胞的維持與分化。在植物莖頂端分生組織（SAM）中，超氧根主要在幹細胞CZ富集，而過氧化氫主要在分化細胞PZ富集，這種分布模式依賴於一系列活性氧代謝基因在SAM中特異表達模式，研究發現絕大多數的超氧化物歧化酶特異在分化細胞PZ表達而過氧化物酶在幹細胞CZ特異表達。CZ區超氧根通過正調控植物幹細胞重要調控基因WUS的表達從而維持幹細胞的穩定；而PZ區過氧化氫可以促進細胞分裂調控分化過程。此外，研究還發現超氧根和過氧化氫之間形成balance、相互拮抗，並通過調控WUS而決定幹細胞的命運。該研究揭示這種新的幹細胞調控的信號可能在植物和動物中是保守的，並為研究ROS-介導的幹細胞命運的調控機制提供了理論基礎。

該研究是在科技部、中科院以及國家自然科學基金委的資助下完成的。

專利及認證

成功開發了植物幹細胞平台技術，獲得了多項發明技術專利，並積極地將這些技術運用到產業運營中。

專利現狀：

1.植物幹細胞分離及培養技術作為平台技術在海外主要的十多個國家申請了專利認證，確保了廣範圍的專利網。

2.原料專利、技術專利和用途專利等包含在內的共120多個專利認證（包含海外的100多個專利）。

3.被韓國專利廳選定為“2010年尖端輔助材料產業IP-R&D戰略支援事業”和“民間知識產業（IP）戰略特派專家事業”，確立了R&D戰略及增益創收的模型！

4.2011年被選定為專利明星企業，獲得了政府獎勵的為期3年的專利綜合資訊諮詢支援。

套用產業

通過從多種植物中分離並大量生產植物幹細胞，積極開發天然新藥及生物新原料，以食品及化妝品產業為核心正不斷發展與成長。

植物幹細胞正在廣泛通過商業、醫學等領域運用到人類的生命健康象限之中。