新突破！我国科学家破解植物细胞全能性世纪难题

单个植物体细胞如何发育为完整植株？9月16日，著名学术期刊《细胞》在线发表中国科学家的科研成果，首次完整揭示了这一全过程。该成果不仅破解了困扰科学界百余年的“植物细胞全能性”机制之谜，也为作物遗传改良与高效再生提供了全新理论支撑。

气孔前体细胞的两条发育路径的模式图。受访者提供

1902年“植物细胞全能性”概念被提出，即植物细胞可脱分化形成类似受精卵的全能干细胞，进而发育为完整植株，但其背后的分子机制始终未解。

为揭开谜团，2005年起，论文通讯作者、山东农业大学张宪省教授率领的科研团队以拟南芥为研究对象开启探索。20年来，团队先后构建了单个体细胞直接发育成胚胎的实验技术体系，以及诱导单细胞起源的体细胞胚胎发生的稳定体系，并首次发现细胞全能性激活的“开关”是大量生长素的积累。

植物体细胞重编程形成全能干细胞的分子调控网络。受访者提供

利用应用扫描电镜、先进的单细胞测序、显微切割转录组测序与活体成像等前沿技术，科研人员首次捕捉到单个植物细胞的分裂全过程，直观证实了植物细胞全能性的“单细胞起源”，回答了学术界长期存在的疑惑。

团队通过深入研究，找到了触发细胞全能性的“关键钥匙”：叶片气孔前体细胞特有的基因SPCH，与人工诱导高表达的基因LEC2，二者协同作用形成“分子开关”。“就像转动一把锁需要两把钥匙，缺一不可。”张宪省说。

张宪省教授（右）和苏英华教授在讨论。受访者提供

论文通讯作者之一、山东农业大学教授苏英华介绍，团队完整记录了细胞命运重塑的完整路径，揭示了关键的命运分岔点。在从“普通细胞”转变为“全能干细胞”的关键过渡状态下，细胞发生了深度的染色质重塑，大量沉默的基因被逐步激活，细胞命运轨迹由此产生分岔，为全能性的建立打开了大门。

该研究在国际上首次全面解析了单个植物体细胞重编程形成全能干细胞并再生完整植株的分子机理。中国科学院院士种康认为，该研究不仅深化了对植物细胞全能性机理的理解，也为破解农业生物技术长期存在的“再生瓶颈”开辟了新路径。据介绍，目前，该体系在小麦、玉米和大豆等作物的实验正同步推进。

编辑 刘悦凌 审读 伊诺 二审 关越 三审 郑蔚珩