國際大合作，竹子快速生長的生物學機制

竹子是世界上生長速度最快的植物之一，如毛竹(Phyllostachys edulis)生長速度最快時每天可達114.5厘米。竹子為何有如此快的生長速度，其生物學機制如何？一直是植物學界科研人員頗感興趣但仍不清楚的科學問題。

近日，南京林業大學竹類研究所教授魏強課題組聯合美國康奈爾大學、國際竹藤中心等多個研究團隊，在《植物細胞》（Plant Cell）上發表了研究論文。他們經過近8年的持續研究，明確了毛竹快速生長的細胞學基礎及其潛在的生理與分子調控機制，揭示了環境因子—基因—竹子節長快速增長的協同機制，綜合解答了毛竹快速生長之謎，創新了竹子的生長理論。

研究人員通過分析中國17個毛竹主產區毛竹居群510根竹稈、12750個節間長度，結合高生長動力學分析，發現毛竹竹稈從下往上第18個節間是毛竹竹筍高生長的代表性節間。在此基礎上，研究人員通過綜合運用解剖學、數學、生理學以及轉錄組和分子生物學數據，詳細描繪了該典型高生長節間的時空生長發育模型、轉錄調控網絡和環境調控因子。

研究發現，毛竹在進行快速生長時，有多達40個節間在同時進行不同程度的伸長生長。此外，毛竹節間生長是模塊化生長，其生長中的節間包括細胞分裂區(最長達2cm)、細胞伸長區(最長可達12cm)與次生細胞壁增厚區。這些生長區每天最快可伸長11.8cm，產生約5.7億個細胞，同時沉積約大量木質素和纖維素，遠超其他植物的營養生長。

研究者認為，赤霉素可能是直接誘導毛竹快速生長的主要激素; 細胞分裂素減少和生長素積累是誘導細胞分裂區細胞停止分裂并開始伸長生長的潛在生理因素；脫落酸和機械壓力可刺激次生細胞壁快速增厚。

毛竹種群節間長度的差異可能是由快速生長引起的機械壓力介導的一種權衡，并可能受環境溫度與細胞分裂和伸長相關基因的共同調控。

該文是《植物細胞》刊發的首篇竹學領域論文，標志著我國在竹子基礎研究領域實現了新突破。

南京林業大學為第一完成單位。竹類所博士研究生陳銘為第一作者，魏強為唯一通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、國家林業公益性行業科研專項、江西省“雙千計劃”、江蘇省“青藍工程”、南京林業大學杰出青年基金與標志性成果培育計劃等項目的資助。

相關論文信息:https://doi.org/10.1093/plcell/koac193