树木发育中的“红脸”和“白脸”

来源：中科院之声

树木是人类的朋友，一般长势高大，枝繁叶茂，在整个生态平衡中起着重要的作用，同时也为人们的日常生活带来很多益处。

树木在生活中很常见，或许小时候自家院子里就有过这么一棵树，一直陪伴着你从小长到大，你看着它从细长到粗。树木的高矮粗细，由树种的遗传基因决定，同时也受外界环境的影响和制约。据了解，世界上最粗的树生长在地中海西西里岛的埃特纳火山的山坡上，叫百骑大栗树，又叫“百马树”。树干的直径达17.5米，周长有55米。

那么，一棵小树苗如何逐渐成长为参天大树呢? 树木为什么会变粗呢？

植物学家早就揭开了这个自然之谜。无论是整个树木，还是树木的个别器官，它们的生长，都是通过细胞的增多和加大来实现的。树木细胞的生长和所有植物细胞的生长过程一样，都要经过细胞分裂、细胞伸长扩大和细胞成熟分化三个时期。而细胞分裂是位于树木茎中间不到十层细胞组成的维管形成层所控制，维管形成层是一种永不知疲倦的“动力马达”（图一），其向外分裂组成树木的韧皮部，向内分裂为木质部等不同的组织，让树木不断增粗。

同时，形成层细胞的分裂速率也受到了一些管理者——转录因子的调控，转录因子是一种蛋白质，可以对形成层的活性进行调节，促进形成层细胞活性的，我们称为正调控因子（“红脸”）；抑制形成层细胞活性的，我们称为负调控因子（“白脸”），通过正负因子的相关调控，进而控制树木的生长。

图一 树木茎横切面

杨树（Populustrichocarpa）因其遗传体系操作简单，而且基因组序列已知，所以是研究木本植物发育的理想模式植物。中科院青岛能源所在近期的研究中发现在杨树形成层区域存在两个正负调控转录因子——PaC3H17和PaMYB199。其中， PaC3H17作为“红脸”，起到促进树木形成层细胞活性的作用；PaMYB199作为“白脸”，起到抑制树木形成层细胞活性的作用。

他们两个像是一对孪生兄弟，共同调控杨树的增粗。

研究发现，PaC3H17和PaMYB199在杨树茎中的形成层及附近的发育中的木质部区域表达。“红脸”哥哥PaC3H17能够激活下游的一些功能蛋白促进形成层细胞分裂，而“白脸”弟弟PaMYB199是一个讨厌的家伙，他只会阻止这些蛋白对形成层发挥作用。在调控过程中，“红脸”哥哥一方面会管教“白脸”弟弟不让其捣乱（转录调控），另一方面也会通过劝说，把弟弟拉走（蛋白互作），从而恢复形成层细胞的分裂活性。在树木整个生长过程中，通过两兄弟的相互竞争和配合，树木慢慢地长大变粗。

在这项研究中，科研人员首次发现两个起相反作用的转录因子在形成层活性中发挥双重调控的作用（图二）。

图二PaC3H17-PaMYB199功能模块双重调控木材形成

掌握了树木长粗的规律，就可以在植树造林和抚育管理工作中采取措施，促进林木生长，以便得到更多的木材，供国家建设和人们生活之用。这项研究揭示了木材形成的复杂性，为林木分子育种提供了重要的理论指导。