在培养皿中重现发育过程以了解植物如何生活

植物具有极高的适应环境的能力。当烹饪剩下的豌豆芽的种子浸泡在水中时，芽和叶子会重新长出来。神户大学科学研究生院副教授近藤雄纪的研究重点是维管束，维管束对环境适应至关重要。

维管束具有多方面的功能，例如运输水和养分的血管、支持植物体和传输电信号，最初是从维管干细胞分化而来的。他正试图阐明如何使用内部开发的培养技术来确定构成这些维管束的不同细胞的命运。

近藤解释说：“维管束由多种细胞组成，其中包括血管细胞，它像动物的血管一样，将根吸收的水和矿物质传输到叶子和芽;筛管细胞，携带产生的糖和激素通过光合作用;支撑身体的纤维细胞;以及负责将物质装载到运输管中或从运输管中卸载物质的细胞。”

“这些细胞的命运是从血管干细胞分支出来的，血管干细胞具有多能性(可以发育成任何类型的细胞)，这个过程类似于高中生在科学和人文学科之间进行选择，并缩小本科学习的选择范围。然而，干细胞如何分化成不同细胞并发挥其功能的机制在很大程度上尚不清楚。我的研究就是出于解决和解开这个谜团的愿望。”

在寻找维管干细胞的命运决定点的过程中，植物科学家开发了一种从拟南芥叶细胞中产生筛管和导管细胞的方法。使用这种方法，他将其命名为VISUAL(使用拟南芥叶的血管细胞诱导培养系统)，已经注定要成为叶子的细胞可以转化为筛管和血管。

此外，他首次成功地将筛管细胞与血管细胞区分开来，筛管细胞由于缺乏形态特征而被认为难以研究，而血管细胞已经在维管束内被诱导分化。

近藤解释说：“当在培养皿中使用植物激素生长素和细胞分裂素以及一种称为比基尼的化合物培养拟南芥的子叶(胚叶)约四天时，构成叶子的叶肉细胞将其命运改变为大筛细胞和血管细胞的数量。”

“这是我们开发的VISUAL方法。叶子本来就拥有负责光合作用的叶绿体，但当在VISUAL环境下开始种植时，叶绿体逐渐分解。”

“虽然其机制还有很多不明白的地方，但这种方法可以让叶细胞被重置(重新编程)一次，成为干细胞，具有分化成各种类型细胞的潜力。一旦它们成为干细胞，它们似乎从那时起，一路快速分化为维管束细胞。”

VISUAL实现了叶肉细胞向构成维管束的细胞的转变。此外，很明显，重编程能力会根据激素和化合物的浓度以及叶子的年龄而变化，因此最近他一直试图通过调整培养条件来仅生产目标细胞。

这位神户大学的研究人员解释说：“到目前为止，只能产生血管和筛管细胞，但通过修改VISUAL，我还成功诱导分化为筛伴随细胞，这些细胞与筛管细胞相邻，参与维持筛管细胞的生命。”

“通过组织培养技术，我们可以在培养皿中复制维管束发育的过程，使我们能够观察参与植物细胞命运决定的关键因素。”

根据之前的研究结果，近藤还启动了与可持续发展目标(SDG)相关的举措。在与神户大学工程学院的联合研究项目中，正在进行研究设计植物细胞，以便能够有效提取可用作生物乙醇的纤维素。

目前，从木材中提取纤维素需要大量的能量来去除不需要的物质。然而，近藤的目标是通过结合视觉和基因改造技术来创造细胞，使细胞能够更容易地去除不必要的成分，而不消耗能量。这项研究代表了利用植物源能源进行碳中和的努力，并作为实现能源和气候变化这两个可持续发展目标的措施具有广阔的前景。

此外，正在研究使用VISUAL培育各种植物，包括神户大学校园内的银杏树。使用VISUAL，可以在几周内对需要数年培育的树木进行诱导和分析，从而缩短植物研究的周期并提高效率。

这位植物科学家致力于各种研究课题，从植物激素信号传导到命运决定和细胞诱导，但从本科时代起，他的研究重点就集中在维管束上。

近藤总结道：“最新研究表明，植物生长的环境以及土壤中的蔗糖等营养物质会影响维管干细胞的发育。了解这一点正是我们研究的目标。植物有能力它们能在恶劣的环境中生存，比如从硬沥青裂缝中生长出来的草，或者屋久岛上的绳文雪松，它们已经生存了数千年。”

“这种力量从何而来?我每天都致力于研究以了解植物的生活方式。”