日本的研究人員發現了WOX13 基因如何控制植物再生細胞的命運，從而影響嫩枝再生的效率。植物具有從體細胞（即通常不參與繁殖的普通細胞）完全再生的獨特能力。這一過程包括從頭（或新）形成嫩枝頂端分生組織（SAM），產生側生器官，這是植物得以重建機體的關鍵。

在細胞尺度上，SAM 的形成受到正向或負向調節因子（基因/蛋白質分子）的嚴格控制，這些調節因子可分別誘導或限制芽的再生。但是，哪些分子參與其中？是否還有其他調控層尚未被發現？

為了尋求上述問題的答案，日本奈良科學技術研究所（NAIST）領導的一個研究小組對基因研究中常用的擬南芥進行了研究。

他們的研究成果發表在《科學進展》（Science Advances）上，發現並描述了芽再生的一個關鍵負調控因子。他們證明了WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13（WOX13）基因及其蛋白質如何通過作為轉錄（RNA水平）抑制因子促進胼胝體細胞的非聚合（不分裂）功能，從而影響再生效率。

“尋找提高植物嫩枝再生效率的策略由來已久。然而，由於相關的調控機制尚不明確，研究進展一直受阻。”這項研究的主要研究者池內桃子（Momoko Ikeuchi）解釋說：”我們的研究通過定義一種新的細胞命運規範途徑填補了這一空白。”

相互抑制的WOX13 和WUS 在多能胼胝體細胞的細胞命運規範中發揮關鍵作用。胼胝體細胞群中WOX13 和WUS 的調控機制（左）和空間表達模式（右）示意圖。圖片來源：Momoko Ikeuchi

她的團隊之前的研究已經確定了WOX13 在移植後組織修復和器官粘附中的作用。因此，他們利用兩步組織培養系統，首先測試了該基因在控制擬南芥wox13突變體（WOX13功能障礙植物）芽再生中的潛在作用。

表型和成像分析表明，缺乏WOX13 的植株芽再生速度加快（快3 天），而誘導WOX13 表達後，芽再生速度減慢。此外，在正常植株中，WOX13在SAM中的局部表達水平降低。這些發現表明，WOX13 可以負向調節嫩枝再生。

為了驗證他們的研究結果，研究人員在多個時間點使用RNA 測序對wox13 突變體和野生型（正常）植物進行了比較。在胼胝體誘導條件下，WOX13的缺失並沒有顯著改變擬南芥的基因表達。然而，芽誘導條件顯著增強了WOX13 突變所誘導的改變，導致芽分生組織調節基因上調。

有趣的是，這些基因在突變植株過表達WOX13 的24 小時內受到抑制。總之，他們發現WOX13 在抑制芽分生組織調節基因子集的同時，還直接激活了參與細胞擴增和細胞分化的細胞壁修飾基因。隨後基於Quartz-Seq2 的單細胞RNA 測序（scRNA-seq）證實了WOX13 在指定多能胼胝體細胞命運方面的關鍵作用。

這項研究強調，與其他已知的嫩枝再生負調控因子不同，WOX13 只阻止了從胼胝體向SAM 的轉變，它通過促進獲得替代命運來抑制SAM 的形成。它通過與調控因子WUS 之間的相互抑制調控迴路來實現這種抑製作用，通過轉錄抑制WUS 和其他SAM 調控因子以及誘導細胞壁修飾因子來促進非髓質細胞命運。

因此，WOX13 是再生效率的主要調控因子。”我們的研究結果表明，敲除WOX13 可以促進芽命運的獲得，並提高芽的調節效率。這意味著WOX13 基因敲除可作為農業和園藝的一種工具，促進組織培養介導的作物新芽再生。”