解决一个长期存在的生物学谜团：细胞如何自我测量
说明： 图像显示了一个顶端分生组织（在中心），其侧面出现了花蕾。绿色标记的细胞即将进入 DNA 复制，而洋红色标记显示 KRP4 的积累，这是调节细胞大小机制的一部分。来源：约翰英尼斯中心
自从 350 多年前科学家在显微镜下发现细胞以来，他们就注意到每种类型的细胞都有其特征大小。从微小的细菌到几英寸长的神经元，大小对细胞的工作方式很重要。然而，这些生命的组成部分如何调节自身大小的问题仍然是一个谜。
现在我们对这个长期存在的生物学问题有了一个解释。在一项针对植物生长尖端的研究中，研究人员表明，细胞使用其DNA含量作为内部指标来评估和调整其大小。
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John Innes 中心的小组组长、该研究的通讯作者 Robert Sablowski 教授说：“长期以来，人们一直认为 DNA 可以作为细胞大小的尺度，但尚不清楚细胞如何读取缩放和使用信息。关键是使用 DNA 作为模板来积累适量的蛋白质，然后需要在细胞分裂之前对其进行稀释。能够为一个长期存在的问题找到如此简单的解决方案令人兴奋。”
A平均细胞大小取决于细胞生长量和分裂频率之间的平衡。很早以前就很清楚，细胞在分裂之前会长到一定大小。但是一个细胞怎么知道它已经长大了多少呢？
研究这个问题的一个好地方是芽分生组织，即植物的生长尖端，它提供新的细胞来制造叶子、花朵和茎。分生组织细胞不断生长和分裂。它们的分裂通常不相等，产生不同大小的细胞。随着时间的推移，这些差异应该会增加，但分生组织细胞会在很长一段时间内保持在一个狭窄的大小范围内。
在这项发表在《 科学》杂志上的研究中，约翰英尼斯中心的研究人员仔细跟踪了分生组织细胞随时间的生长和分裂。他们发现，虽然细胞的生命开始时大小不一，但当细胞准备好复制其 DNA 时（细胞分裂前的必要步骤，因为每个新细胞都需要自己的 DNA 副本），大部分初始变异单元格大小已更正。
然后，他们监测了一种名为 KRP4 的蛋白质，它的作用是延迟 DNA 复制的开始，并发现无论它们的初始大小如何，细胞出生时总是含有相同数量的 KRP4。这意味着当一个细胞出生时太小，它会接收到更高浓度的 KRP4，这会延迟其向 DNA 复制的进程，从而使细胞有时间赶上其他细胞的大小。相反，如果一个细胞出生时太大，KRP4 会被稀释，因此它可以快速进入下一阶段而不会进一步生长。随着时间的推移，这使分生组织细胞保持在一个狭窄的大小范围内。
但是是什么确保细胞以相同数量的 KRP4 开始呢？事实证明，当细胞分裂时，KRP4 会“搭便车”DNA，DNA 以相同的副本提供给每个新生细胞。通过这种方式，KRP4 的初始量与细胞的 DNA 含量成正比。为确保 KRP4 在母细胞中的积累与 DNA 含量成正比，任何未与 DNA 结合的多余 KRP4 在细胞分裂前被另一种称为 FBL17 的蛋白质破坏。数学模型和使用具有不同数量这些遗传成分的基因编辑突变体证实了这一机制。
做了一个电镀铜薄膜（10u左右）的金相，50nm氧化铝抛光，过硫酸铵腐蚀（时间从3s-5min不等），曾用SEM看到过2u左右的结构，像晶粒但不确信（图一）。
Robert Sablowski 教授解释了这一过程，“我们必须解决的一个谜是，当细胞的大部分成分在数量和大小上同时增加时，细胞如何知道它已经增长了多少，因此它们不能用作固定的尺子测量尺寸。一个例外是 DNA 以离散量存在于细胞中——它的数量在细胞分裂前精确地翻了一番，但它不随细胞生长而变化。”
未来的实验将试图准确解释调节蛋白 KRP4 如何结合，然后在细胞分裂过程中与染色体分离。研究人员还想了解该机制是否在不同的细胞类型中被调节以产生不同的平均大小。
这些发现可以解释基因组大小和细胞大小之间的关系——具有大基因组的物种，因此它们的细胞中有很多 DNA，往往有更大的细胞。这在农作物中尤为重要，其中许多已被选择包含存在于其野生祖先中的基因组的多个拷贝，从而导致更大的细胞以及通常更大的果实和种子。
包括 KRP4 在内的遗传机制的成分存在于许多生物体中，并且有人认为这些成分对于调节人类细胞中的细胞大小很重要。因此，研究中发现的机制也可能与生物王国有关，对动物和人类细胞生物学有影响。