我科學家破解植物細胞全能性機制之謎

本報泰安9月17日電（記者馮帆、宋喜羣） 16日，山東農業大學研究團隊在國際學術期刊《細胞》在線發表科研成果，首次完整揭示了單個植物體細胞如何發育為完整植株的全過程。該成果不僅破解了困擾科學界百餘年的“植物細胞全能性”機制之謎，也為作物遺傳改良與高效再生提供了全新理論支撐。

“較動物細胞而言，植物細胞具有更強的發育可塑性，在一定條件下，它們無需受精就能發育成胚胎。植物細胞還有着獨特的‘再生’能力，任意一種植物的體細胞在經歷重編程後能夠回到原始的幹細胞狀態，並進一步進入‘體細胞胚胎發生’階段，最終再生為一株完整的植株。”論文通訊作者之一、山東農業大學教授張憲省解釋何謂“植物細胞全能性”。

早在1902年，“植物細胞全能性”概念被提出，但其背後的分子機制始終未解，並在2005年被國際頂尖學術期刊《科學》列為最具挑戰性的125個關鍵科學問題之一。

2005年起，張憲省率領的科研團隊以擬南芥為模型開啓探索。通過深入研究，團隊找到觸發細胞全能性的“關鍵鑰匙”：葉片氣孔前體細胞特有的基因SPCH，與人工誘導高表達的基因LEC2，二者協同作用形成“分子開關”。

論文通訊作者之一、山東農業大學特聘教授蘇英華介紹，團隊完整記錄了細胞命運重塑的完整路徑，揭示了關鍵的命運分岔點：一條路徑是氣孔前體細胞繼續分化為氣孔；另一條路徑是在大量合成內源生長素的推動下，單個體細胞被重編程為全能幹細胞，走上胚胎髮育之路。

研究人員將這一關鍵過渡狀態命名為“GMC-auxin”中間態。在這一狀態下，細胞發生了深度的染色質重塑，大量沉默的基因被逐步激活，細胞命運軌跡由此產生分岔，為全能性的建立打開了大門。該研究在世界上首次全面解析了單個植物體細胞重編程形成全能幹細胞並再生完整植株的分子機理。

這一理論的解析不僅有助於理解植物細胞發育的根本規律，也為精準調控植物再生和定向改良作物性狀提供了全新的思路與技術工具。中國科學院院士、中國植物學會理事長種康指出，該發現不僅深化了對植物細胞全能性機理的理解，也為破解農業生物技術長期存在的“再生瓶頸”開闢了新路徑。

目前，該體系在小麥、玉米和大豆等作物的實驗正同步推進。“未來或可通過精準調控細胞全能性，實現作物優良品種的‘快速克隆’，大幅度縮短育種週期，服務精準設計育種。”張憲省説。