頂端分裂組織とパターン形成

成長する植物のすべての新しい細胞の源である分裂組織は、新しい器官を形成し、それらの器官を植物体内に正しく配置する上で重要な役割を果たしています。 このような組織化のプロセスはパターン形成と呼ばれ、植物では分裂組織がその役割を担っています。 この作業を行うためには、分裂細胞が植物の中での自分の位置を解釈し、一定の運命を確立することができなければなりません。

例えば、新しい葉の発生過程では、分裂組織の細胞は、表皮細胞や柔細胞など、いくつかの異なる機能タイプに分化しなければなりません。 しかし、花のような生殖細胞に分化する必要はありません。 分裂組織の細胞は、どのようにして自分が何になるべきかを知っているのでしょうか？ 分裂が盛んな頂端部の細胞は、ホルモンや細胞間の相互作用などの位置情報を手がかりにして分化していく。 さらに、これらの位置情報をもとに、特定の遺伝子が活性化されたり、他の遺伝子が不活性化されたりすることで、植物内の空間的な位置に応じた特定の分化パターンが開始される。 この過程で、分裂細胞で最初に活性化される特定の遺伝子は、ホメオティック遺伝子と呼ばれる。 これらの遺伝子は、転写因子のファミリーをコードしており、いったん活性化されると、他の多くの遺伝子を活性化したり不活性化したりすることで、細胞の運命を決定します。

遺伝子発現の違い（分化や器官形成の過程で遺伝子が活性化したり不活性化したりすること）のメカニズムの1つとして、植物ホルモンが発達中の細胞の表面に結合することが挙げられます。 サイトカイニンのようなホルモンは、リボ核酸（RNA）の転写や翻訳に影響を与えることがわかっている。 根や茎が正しく成長するためには、サイトカイニンとオーキシンと呼ばれる別の種類のホルモンの両方が存在することが重要であると考えられている。 実験室では、未分化な分裂細胞を培養しても、オーキシンとサイトカイニンで刺激しない限り、植物の胚には成長しない。 サイトカイニンとオーキシンの比率が高いと、分裂細胞が刺激されて、茎や葉、花芽などが発生する。 一方、オーキシンとサイトカイニンの比率が高いと、分裂細胞が刺激されて根が発生します。