單個植物體細胞如何發(fā)育為完整植株？9月16日，*學術期刊《細胞》在線發(fā)表中國科學家的科研成果，* 完整揭示了這一全過程。該成果不僅破解了困擾科學界百余年的“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。
氣孔前體細胞的兩條發(fā)育路徑的模式圖。受訪者提供
1902年“植物細胞全能性”概念被提出，即植物細胞可脫分化形成類似受精卵的全能干細胞，進而發(fā)育為完整植株，但其背后的分子機制始終未解。
為揭開謎團，2005年起，論文通訊作者、山東農業(yè)大學張憲省教授率領的科研團隊以擬南芥為研究對象開啟探索。20年來，團隊先后構建了單個體細胞直接發(fā)育成胚胎的實驗技術體系，以及誘導單細胞起源的體細胞胚胎發(fā)生的穩(wěn)定體系，并* 發(fā)現(xiàn)細胞全能性激活的“開關”是大量生長素的積累。
植物體細胞重編程形成全能干細胞的分子調控網絡。受訪者提供
利用應用掃描電鏡、先進的單細胞測序、顯微切割轉錄組測序與活體成像等前沿技術，科研人員* 捕捉到單個植物細胞的分裂全過程，直觀證實了植物細胞全能性的“單細胞起源”，回答了學術界長期存在的疑惑。
團隊通過深入研究，找到了觸發(fā)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(xié)同作用形成“分子開關”。“就像轉動一把鎖需要兩把鑰匙，缺一不可。”張憲省說。
張憲省教授（右）和蘇英華教授在討論。受訪者提供
論文通訊作者之一、山東農業(yè)大學教授蘇英華介紹，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。在從“普通細胞”轉變?yōu)椤叭芨杉毎钡年P鍵過渡狀態(tài)下，細胞發(fā)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。
該研究在國際上* 全面解析了單個植物體細胞重編程形成全能干細胞并再生完整植株的分子機理。中國科學院院士種康認為，該研究不僅深化了對植物細胞全能性機理的理解，也為破解農業(yè)生物技術長期存在的“再生瓶頸”開辟了新路徑。據(jù)介紹，目前，該體系在小麥、玉米和大豆等作物的實驗正同步推進。
作者：喻思南 王靜
來源：人民日報客戶端
