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葉片上的氣孔是植物吸入二氧化碳–進行光合作用，以及蒸散水氣–調節水分利用的重要構造，氣孔數量多寡直接影響植物的固碳能力與水分利用效率。但氣孔數量是如何被調控的呢？答案竟然是藏在細胞核裡！中央研究院植物暨微生物學研究所何金敏副研究員領軍的研究團隊，近期取得重要突破，首度證實有一種關鍵蛋白質HDL¹，能調控細胞核內的染色質結構，進而影響細胞增生與分化的平衡，以及氣孔與葉毛的生成數量。

此研究揭示了細胞核內部的染色質組織如何影響葉片細胞的發育，並為未來探索植物環境適應機制提供新的研究方向。研究成果已發表於《自然通訊》(Nature Communications)。

細胞分裂還是分化？關鍵藏在細胞核深處

植物葉表有一群特殊的基底前驅細胞，具有極高的發育彈性，它們可以選擇「繼續分裂」產生氣孔前驅細胞，或是「停止分裂」轉向分化為一般的表皮細胞或葉毛。但植物到底如何做出這個選擇，一直是生物學上待解答的謎題。何金敏副研究員表示：「起初我們只是想了解葉片表面的細胞，是如何決定下一步要分裂還是分化，沒想到一路追根究柢，發現答案竟然與細胞核深處染色質的排列方式密不可分。」

研究團隊發現缺少HDL的植物，細胞核內的染色質組織改變且基因活動降低，導致細胞分裂次數減少、多倍體細胞比例增加，最重要的是：葉片出現氣孔變少、葉毛增多的現象。進一步追究HDL如何影響細胞命運，研究團隊觀察到HDL分布於細胞核內染色質「活化」與「抑制」區域的交界處，彷彿扮演協調者的角色，協助維持兩種染色質的狀態。

跨領域合作 串連「染色質架構－細胞命運－葉片發育」的完整脈絡

為了釐清HDL如何在細胞核層次影響葉片細胞發育，研究團隊結合植物發育生物學、細胞生物學、表觀遺傳學及基因體學等跨領域專長，深入觀察染色體在細胞核中的空間組織，並解析全基因體染色質變化。研究團隊發現，HDL並非只調控單一發育基因的表現，而是透過協調染色質組織與基因活動，影響細胞「增生」與「分化」之間的平衡，進而改變氣孔與葉毛的形成。

這項發現成功串連了「染色質架構－細胞命運－葉片發育」的完整脈絡，證實HDL是影響植物細胞生長的關鍵底層角色，也解答了科學界長久以來的謎題－幹細胞究竟如何決定持續分裂或進入分化，為未來從細胞核微觀結構探索植物發育，開拓了全新視野。

本研究第一作者李安撒(Ansar Ali)為中研院臺灣國際研究生學程(TIGP)分子暨生物農業科學學程(MBAS)博士生。研究經費由中央研究院、國家科學及技術委員會及國立臺灣大學等單位支持。

1. 關鍵蛋白質為HOMEODOMAIN-LIKE，簡稱HDL。