綠芽是春天來臨的征兆，但這些芽和根的生長卻是一個復(fù)雜的過程。現(xiàn)在來自加州大學(xué)戴維斯分校和馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校的研究人員，第一次描述了使得植物生長的部分遺傳控制網(wǎng)絡(luò)。

木質(zhì)部（xylem）位于植物莖和根的中央部分，這些長的中空細(xì)胞充當(dāng)了導(dǎo)管（將水分和礦物質(zhì)輸送到整個植物）和結(jié)構(gòu)物質(zhì)雙重角色。木質(zhì)部的結(jié)構(gòu)強度來自于次生細(xì)胞壁（secondary cell wall）。這一次生細(xì)胞壁是由三種分子構(gòu)成：實質(zhì)上是糖類的纖維素及半纖維素；以及提供強度的木質(zhì)素。

一些對制造生物燃料感興趣的研究人員，希望能夠在不會太過影響木質(zhì)素的情況下，從植物材料中除去這些糖類。

加州大學(xué)戴維斯分校的研究生Mallorie Taylor-Teeples，與植物生物學(xué)助理教授Siobhan Brady，以及馬薩諸塞大學(xué)阿姆赫斯特分校的Sam Hazen一起，克隆了擬南芥中與纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素生成相關(guān)的50個基因，篩查了它們與460多個轉(zhuǎn)錄因子，或是開啟或關(guān)閉基因表達(dá)的其他一些基因的相互作用。

在加州大學(xué)戴維斯分校基因組中心計算機科學(xué)家Ilias Tagkopoulos及其同事的幫助下，研究人員構(gòu)建出了一個顯示不同的基因和轉(zhuǎn)錄因子如何彼此聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)。研究結(jié)果發(fā)表在近期的《自然》（Nature）雜志上。

Brady說：“這是第一次在一種植物中以這樣的水平闡明這樣的網(wǎng)絡(luò)。它有助于我們思考如何來操縱和控制這些網(wǎng)絡(luò)。”

“值得注意的是，這一網(wǎng)絡(luò)中包含大量的‘前饋回路’，” Brady說。舉一個前饋回路的例子，轉(zhuǎn)錄因子X作用于Y因子，后者轉(zhuǎn)而對Z基因起作用。而X也可以直接對Z起作用。這樣的系統(tǒng)在其他的控制網(wǎng)絡(luò)中已被人們所熟知，其可以在沒有中央核心調(diào)控因子的情況下降低隨機“噪音”，精細(xì)協(xié)調(diào)不同的步驟。

研究人員還研究了這一系統(tǒng)對于不同類型的環(huán)境變化所做出的反應(yīng)。例如，奪去根細(xì)胞的鐵離子可促進(jìn)木質(zhì)素生成，木質(zhì)素可提高鐵攝取。但將細(xì)胞暴露于鹽中則可引起不同的反應(yīng)：木質(zhì)部細(xì)胞會發(fā)生增殖來增加水輸送。

Brady說，了解影響木質(zhì)素、纖維素和半纖維素含量的控制網(wǎng)絡(luò)，最終有助于植物育種者們構(gòu)建出最適合于實現(xiàn)生物燃料生產(chǎn)的品種。