植物生長的基本過程由不斷重複的細胞周期完成，包括DNA 複製、細胞分裂。科學家以前感到困惑的是，植物細胞剛分裂出來的子細胞大小並不對稱，之後會自動修正，細胞怎樣能知道自己該長多大？近期發表的一份研究第一次發現了細胞完成這個過程的秘密所在，對動物細胞研究和未來的農業都具有重要意義。
這項研究的負責人英國約翰英尼斯中心（John Innes Center）的生物學家薩布洛夫斯基（Robert Sablowski）說，多數細胞蛋白都是隨著細胞等比例地長大，所以難以想像細胞怎樣才能確定自己的大小。
他比喻這個過程就像人們用自己的手臂量自己的身高。「你辦不到，因為你的手臂的長度和你的身高是等比例生長。你得有一個外部的參照物才知道你的個頭。」
這份研究選擇擬南芥（Arabidopsis）進行研究。擬南芥其實是一種雜草，由於它培育容易、成熟快等特點而成為生物學家很喜愛的研究模型。加之多年來生物界積累了越來越多關於它的研究資料，這也讓後續的研究人員更偏好使用它。
薩布洛夫斯基和他的助手達裏奧（Marco D'Ario） 把擬南芥種在花盆裏大約六周後，把它的芽尖部位切掉，放在放大倍數約為千倍的顯微鏡下，兩個人輪班連續觀察48小時，詳細記錄細胞生長的情況。
達裏奧說，來自同行對擬南芥的研究很重要。「我們花了三四年的時間構建這個實驗，如果沒有同行之前的研究，可能需要10 － 15年的時間。」
根據採集的數據，通過複雜的數學算法分析後，研究者發現了一個奇妙的過程。原來植物細胞內的DNA 起到「量杯」的作用，控制KRP4 蛋白精確地分配給子細胞，再由KRP4 蛋白的濃度控制細胞生長的大小。
研究發現， 在DNA 複製之前，KRP4 蛋白自由地漂浮在細胞核內。可是當細胞開始分裂的時候，DNA 控制獲取精確數量的KRP4 蛋白附著到DNA 上，並保證每個子細胞得到等量的KRP4 蛋白。
「DNA起到量杯一樣的作用。」薩布洛夫斯基說：「從細胞內的池子裏舀出固定量的KRP4 蛋白。」池子裏剩下的沒用完的KRP4 蛋白將在細胞分裂之前，被另一種蛋白清除。
細胞通過蛋白濃度 感知自己成長極限
接下來，新細胞在生長階段通過裏面KRP4 蛋白的濃度感知自己應該長到多大。雖然每個子細胞得到等量的KRP4 蛋白，可是由於前面提到的，剛分裂出來的子細胞大小並不一樣，這造成裏面KRP4 蛋白的濃度也不一樣：小個的細胞裏面KRP4 蛋白濃度高；大個的細胞裏面KRP4 蛋白濃度低。
細胞內還有一個機制控制KRP4 蛋白濃度需要達到的一個目標濃度才會停止生長。研究人員從顯微鏡下看到，具有高濃度KRP4蛋白的小個細胞，要多花一些時間成長，使得KRP4 蛋白達到目標濃度；而大個的細胞內KRP4 蛋白濃度低，生長的時間相對短就可以達到目標濃度。最後，植株內所有不同大小的細胞都將長成一樣的大小。
這份研究6 月11 日發表於《科學》（Science）期刊。◇
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