Science：提醒细胞应用它的DNA含量节制本身的年夜小

2021年6月20日讯/BIOON/---自从350多年前迷信家们在显微镜下发现细胞以来，他们曾经注意到每品种型的细胞都有一个特有的尺寸。从巨大的到几英寸长的神经元，尺寸对细胞的任务方式很紧张。然而，这些性命的构成部门若何调理本身年夜小的成绩仍旧是一个谜。

如今，咱们对这个恒久存在的生物学识题有了新的解释。在一项专一于动物成长锥（growing tip）的研讨中，来自英国和西班牙的研讨职员发现，细胞使用它们的DNA含量作为一个外部标尺来评价和调整它们的年夜小。相关研讨成果颁发在2021年6月11日的Science期刊上，论文题目为“Cell size controlled in plants using DNA content as an internal scale”。

论文通信作者、英国约翰内斯中间的小组担任人Robert Sablowski传授说，“很永劫间以来，人们始终以为DNA可以作为细胞年夜小的标尺，但不分明细胞若何读取这种标尺并使用这种信息。症结是应用DNA作为模板来积聚适宜数目的卵白质，然后在细胞决裂前必要浓缩卵白的数目。为一个恒久存在的成绩找到如斯复杂的解决方案是令人兴奋的。”

细胞的均匀年夜小是由细胞成长若干和细胞决裂频率之间的均衡决议的。恒久以来，人们都很分明，细胞在决裂前会成长到一定的年夜小。然则，一个细胞怎样能晓得它曾经成长了若干？

研讨这个成绩的一个好处所是茎尖分生组织，即动物的成长锥，它提供新的细胞来制作叶子、花和茎。分生组织细胞不时成长和决裂。它们的决裂往往是不屈等的，发生分歧年夜小的细胞。跟着光阴的推移，这些差别会逐步积聚，但分生组织细胞在很长一段光阴内坚持在一个狭隘的年夜小范畴内。

在这项新的研讨中，这些作者细心跟踪了分生组织细胞在一段光阴内的成长和决裂。他们发现，尽管细胞可以以分歧的年夜小开端它们的性命，但当它们筹备好复制它们的DNA时（细胞决裂之前的一个需要步调，由于每个新细胞都必要本人的DNA拷贝），细胞年夜小的年夜部门初始变动都已获得校订。

图片显示茎尖分生组织(在中心)，花蕾在它的侧翼呈现。绿色标志的细胞行将进入DNA复制，而洋赤色标志表现KRP4的积聚，KRP4是调理细胞年夜小的机制的一部门。图片来自John Innes Centre。

他们随后监测了一种名为KRP4的卵白质，其作用是延迟DNA复制的开端，并发现无论初始年夜小若何，细胞出身时老是带有雷同数目的KRP4。这象征着，当一个细胞出身时太小，它就会接管到较高浓度的KRP4，从而延迟其DNA复制的过程，使它有光阴遇上其他细胞的雷同年夜小。相反，要是一个细胞出身时太年夜，KRP4就会被浓缩，如许它就能迅速进入下一个阶段，而不会进一步成长。跟着光阴的推移，这使分生组织细胞坚持在一个狭隘的年夜小范畴内。

然则，是什么确保了细胞一开端就有雷同数目的KRP4呢？现实证实，当细胞决裂时，KRP4 “搭乘”DNA，DNA以雷同的拷贝通报给每个重生细胞。如许一来，KRP4的初始数目就与细胞的DNA含量成反比。为了确保KRP4在母细胞中的积聚与DNA含量成比例，任何未与DNA联合的过剩KRP4在细胞决裂前被另一种称为FBL17的卵白质毁坏。数学模子和使器具有分歧数目的这些身分的基因编纂渐变体证明了这一机制。

Sablowski传授解释了这一进程，“咱们必需解决的一个谜题是，当细胞的年夜多半身分在数目和年夜小上一路添加时，细胞若何可能晓得它成长了若干，是以它们不克不及被用作丈量细胞年夜小的固定标尺。一个破例是DNA，它以团圆的数目存在于细胞中---它的数目在细胞决裂前正好翻倍，但它不随细胞的成长而变动。”

将来的试验将试图解释调理卵白KRP4是若何在细胞决裂进程中与染色体联合，然后解离的。这些作者还想相识该机制是否在分歧的细胞类型中遭到调理以发生分歧的均匀年夜小。

这些发现能够解释了基因组年夜小和细胞年夜小之间的关系---领有较年夜基因组的物种，在其细胞中领有年夜量的DNA，往往领有更年夜的细胞。这对农作物尤其紧张，许多农作物经挑选后含有其家养祖先中的多个基因组拷贝，从而招致细胞变年夜，而且通常有较年夜的果实和种子。

包含KRP4在内的机制的身分存在于许多无机体中，曾经有人提出，这些身分在调理人类细胞的细胞年夜小方面很紧张。是以，这项研讨中提醒的机制能够也与整个生物学王国相关，对植物和人类具备意义。（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

Marco D’Ario et al. . Science, 2021, doi:10.1126/science.abb4348.