我科学家破解植物细胞全能性机制之谜

本报泰安9月17日电（记者冯帆、宋喜群） 16日，山东农业大学研究团队在国际学术期刊《细胞》在线发表科研成果，首次完整揭示了单个植物体细胞如何发育为完整植株的全过程。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。

“较动物细胞而言，植物细胞具有更强的发育可塑性，在一定条件下，它们无需受精就能发育成胚胎。植物细胞还有着独特的‘再生’能力，任意一种植物的体细胞在经历重编程后能够回到原始的干细胞状态，并进一步进入‘体细胞胚胎发生’阶段，最终再生为一株完整的植株。”论文通讯作者之一、山东农业大学教授张宪省解释何谓“植物细胞全能性”。

早在1902年，“植物细胞全能性”概念被提出，但其背后的分子机制始终未解，并在2005年被国际顶尖学术期刊《科学》列为最具挑战性的125个关键科学问题之一。

2005年起，张宪省率领的科研团队以拟南芥为模型开启探索。通过深入研究，团队找到触发细胞全能性的“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”。

论文通讯作者之一、山东农业大学特聘教授苏英华介绍，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：一条路径是气孔前体细胞继续分化为气孔；另一条路径是在大量合成内源生长素的推动下，单个体细胞被重编程为全能干细胞，走上胚胎发育之路。

研究人员将这一关键过渡状态命名为“GMC-auxin”中间态。在这一状态下，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。该研究在世界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。

这一理论的解析不仅有助于理解植物细胞发育的根本规律，也为精准调控植物再生和定向改良作物性状提供了全新的思路与技术工具。中国科学院院士、中国植物学会理事长种康指出，该发现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。

目前，该体系在小麦、玉米和大豆等作物的实验正同步推进。“未来或可通过精准调控细胞全能性，实现作物优良品种的‘快速克隆’，大幅度缩短育种周期，服务精准设计育种。”张宪省说。