日本的研究人员发现了 WOX13 基因如何控制植物再生细胞的命运，从而影响嫩枝再生的效率。植物具有从体细胞（即通常不参与繁殖的普通细胞）完全再生的独特能力。这一过程包括从头（或新）形成嫩枝顶端分生组织（SAM），产生侧生器官，这是植物得以重建机体的关键。
在细胞尺度上，SAM 的形成受到正向或负向调节因子（基因/蛋白质分子）的严格控制，这些调节因子可分别诱导或限制芽的再生。但是，哪些分子参与其中？是否还有其他调控层尚未被发现？
为了寻求上述问题的答案，日本奈良科学技术研究所（NAIST）领导的一个研究小组对基因研究中常用的拟南芥进行了研究。
他们的研究成果发表在《科学进展》（Science Advances）上，发现并描述了芽再生的一个关键负调控因子。他们证明了WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13（WOX13）基因及其蛋白质如何通过作为转录（RNA水平）抑制因子促进胼胝体细胞的非聚合（不分裂）功能，从而影响再生效率。
"寻找提高植物嫩枝再生效率的策略由来已久。然而，由于相关的调控机制尚不明确，研究进展一直受阻。"这项研究的主要研究者池内桃子（Momoko Ikeuchi）解释说："我们的研究通过定义一种新的细胞命运规范途径填补了这一空白。"
相互抑制的 WOX13 和 WUS 在多能胼胝体细胞的细胞命运规范中发挥关键作用。胼胝体细胞群中 WOX13 和 WUS 的调控机制（左）和空间表达模式（右）示意图。图片来源：Momoko Ikeuchi
她的团队之前的研究已经确定了 WOX13 在移植后组织修复和器官粘附中的作用。因此，他们利用两步组织培养系统，首先测试了该基因在控制拟南芥wox13突变体（WOX13功能障碍植物）芽再生中的潜在作用。
表型和成像分析表明，缺乏 WOX13 的植株芽再生速度加快（快 3 天），而诱导 WOX13 表达后，芽再生速度减慢。此外，在正常植株中，WOX13在SAM中的局部表达水平降低。这些发现表明，WOX13 可以负向调节嫩枝再生。
为了验证他们的研究结果，研究人员在多个时间点使用 RNA 测序对 wox13 突变体和野生型（正常）植物进行了比较。在胼胝体诱导条件下，WOX13的缺失并没有显著改变拟南芥的基因表达。然而，芽诱导条件显著增强了 WOX13 突变所诱导的改变，导致芽分生组织调节基因上调。
有趣的是，这些基因在突变植株过表达 WOX13 的 24 小时内受到抑制。总之，他们发现 WOX13 在抑制芽分生组织调节基因子集的同时，还直接激活了参与细胞扩增和细胞分化的细胞壁修饰基因。随后基于 Quartz-Seq2 的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）证实了 WOX13 在指定多能胼胝体细胞命运方面的关键作用。
这项研究强调，与其他已知的嫩枝再生负调控因子不同，WOX13 只阻止了从胼胝体向 SAM 的转变，它通过促进获得替代命运来抑制 SAM 的形成。它通过与调控因子 WUS 之间的相互抑制调控回路来实现这种抑制作用，通过转录抑制 WUS 和其他 SAM 调控因子以及诱导细胞壁修饰因子来促进非髓质细胞命运。
因此，WOX13 是再生效率的主要调控因子。"我们的研究结果表明，敲除 WOX13 可以促进芽命运的获得，并提高芽的调节效率。这意味着 WOX13 基因敲除可作为农业和园艺的一种工具，促进组织培养介导的作物新芽再生。"