研究揭秘细胞怎么知道何时停止生长

植物生长的基本过程由不断重复的细胞周期完成，包括DNA复制、细胞分裂。科学家以前感到困惑的是，植物细胞刚分裂出来的子细胞大小并不对称，之后会自动修正，细胞怎样能知道自己该长多大?近期发表的一份研究第一次发现了细胞完成这个过程的秘密所在，对动物细胞研究和未来的农业都具有重要意义。

这项研究的负责人英国约翰英尼斯中心（John Innes Center）的生物学家萨布洛夫斯基（Robert Sablowski）说，多数细胞蛋白都是随着细胞等比例地长大，所以难以想象细胞怎样才能确定自己的大小。

他比喻这个过程就像人们用自己的手臂量自己的身高。“你办不到，因为你的手臂的长度和你的身高是等比例生长。你得有一个外部的参照物才知道你的个头。”

这份研究选择拟南芥（Arabidopsis）进行研究。拟南芥其实是一种杂草，由于它培育容易、成熟快等特点而成为生物学家很喜爱的研究模型。加之多年来生物界积累了越来越多关于它的研究资料，这也让后续的研究人员更偏好使用它。

萨布洛夫斯基和他的助手达里奥（Marco D’Ario）把拟南芥种在花盆里大约六周后，把它的芽尖部位切掉，放在放大倍数约为千倍的显微镜下，两个人轮班连续观察48小时，详细记录细胞生长的情况。

达里奥说，来自同行对拟南芥的研究很重要。“我们花了三四年的时间构建这个实验，如果没有同行之前的研究，可能需要10～15年的时间。”

根据采集的数据，通过复杂的数学算法分析后，研究者发现了一个奇妙的过程。原来植物细胞内的DNA起到“量杯”的作用，控制KRP4蛋白精确地分配给子细胞，再由KRP4蛋白的浓度控制细胞生长的大小。

研究发现，在DNA复制之前，KRP4蛋白自由地漂浮在细胞核内。可是当细胞开始分裂的时候，DNA控制获取精确数量的KRP4蛋白附着到DNA上，并保证每个子细胞得到等量的KRP4蛋白。

“DNA起到量杯一样的作用，”萨布洛夫斯基说，“从细胞内的池子里舀出固定量的KRP4蛋白。”池子里剩下的、没用完的KRP4蛋白将在细胞分裂之前、被另一种蛋白清除。

接下来，新细胞在生长阶段通过里面KRP4蛋白的浓度感知自己应该长到多大。虽然每个子细胞得到等量的KRP4蛋白，可是由于前面提到的、刚分裂出来的子细胞大小并不一样，这造成里面KRP4蛋白的浓度也不一样：小个的细胞里面KRP4蛋白浓度高;大个的细胞里面KRP4蛋白浓度低。

细胞内还有一个机制控制KRP4蛋白浓度需要达到的一个目标浓度才会停止生长。研究人员从显微镜下看到，具有高浓度KRP4蛋白的小个细胞，要多花一些时间成长，使得KRP4蛋白达到目标浓度;而大个的细胞内KRP4蛋白浓度低，生长的时间相对短就可以达到目标浓度。最后，植株内所有不同大小的细胞都将长成一样的大小。

这份研究6月11日发表于《科学》（Science）期刊。