植物の分裂組織と成長

植物は、その先端や側面に存在する自己再生能力を持つ幹細胞の集団である分裂組織から成長します。これにより、植物は生涯にわたって新しい器官を形成し、体を伸長させることができます。これは動物とは異なる、開放的な成長戦略です。

Definition

分裂組織とは、未分化で分裂を続ける細胞の領域であり、新しい組織や器官を生成します。植物の成長とは、分裂組織の継続的な活動によって生み出される細胞のサイズと数の増加を指します。

Scope

このトピックでは、茎頂分裂組織、根端分裂組織、および側方分裂組織、植物幹細胞ニッチの組織化と維持、葉序を含む器官形成のパターン形成、そして細胞分裂と細胞伸長が植物の成長をどのように駆動するかについて扱います。

Core questions

• 茎頂分裂組織と根端分裂組織はどのように組織されていますか？
• 細胞が成長のために利用されながらも、安定した幹細胞のプールはどのように維持されていますか？
• 分裂組織は、葉や他の器官の規則的な配置をどのようにパターン形成していますか？

Key theories

幹細胞ニッチの維持

オーガナイジングセンターと上層の幹細胞との間のフィードバックループは、分裂組織のバランスを保ち、分化によって失われた細胞を補充することで、分裂組織を無限に存続させます。

不定芽的、開放的な成長

分裂組織が維持されるため、植物は不定芽的に、かつモジュール的に成長し、繰り返し単位を加え、環境に応じてその形態を調整します。

Mechanisms

茎頂分裂組織は、ゆっくりと分裂する幹細胞からなる中央領域、器官が形成される周辺領域、およびその下にあるオーガナイジングセンターに組織されています。オーガナイジングセンターと幹細胞間のシグナル伝達は、幹細胞の数を安定させます。オーキシン（auxin）の方向性輸送と抑制場は、連続する器官原基の位置を決定し、葉序の規則的ならせん状や輪生状の配置を生成します。成長自体は、細胞壁の制御された伸展に対する膨圧によって駆動される異方性細胞伸長と、方向性のある細胞分裂を組み合わせています。モデル植物における変異体コレクションは、分裂組織機能の調節因子を特定する上で重要な役割を果たしてきました。

Clinical relevance

分裂組織生物学は、園芸繁殖や組織培養の基盤となっています。分裂組織先端培養は無病の植物を生産し、分裂組織の活動を介した分枝や形態の制御は、作物の収量と形態を改善するための標的となっています。

History

古典的な解剖学は、頂端分裂組織とその帯状構造を記述しました。その後、微細外科的実験、そして決定的に、モデル植物における分子遺伝学が、幹細胞ニッチを維持し、器官形成をパターン化するシグナル伝達を明らかにしました。

Key figures

• Katherine Esau
• Ian Sussex

Seminal works

• taiz2015
• raven2013

Frequently asked questions

分裂組織とは何ですか？

分裂組織とは、未分化で連続的に分裂する細胞の領域です。茎や根の先端にある頂端分裂組織は伸長を促進し、側方分裂組織は肥大を促進することで、植物は生涯にわたって成長することができます。

葉はなぜ規則的なパターンで成長するのですか？

新しい葉原基は、主にオーキシン（auxin）というホルモンが関与する抑制場によって設定された位置に、茎頂の周囲に形成され、葉序として知られる規則的ならせん状やその他の配置を生み出します。