中国科学家20年攻坚终破题:植物细胞全能性之谜获系统性解答
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2025-09-17 14:00:51
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植物单个体细胞如何蜕变为完整植株?这一困扰科学界百余年的谜题,近日被中国科研团队破解。国际顶级学术期刊《细胞》在线刊发了这项突破性成果,首次系统阐明了植物细胞全能性从激活到完整植株再生的分子机制,为作物遗传改良和高效再生技术开辟了新路径。

1902年,科学家首次提出"植物细胞全能性"概念,指出植物细胞可通过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。然而,这一过程的分子调控机制始终未被破解。山东农业大学张宪省教授团队历时20年攻关,以模式植物拟南芥为研究对象,构建了单个体细胞直接发育成胚胎的技术体系,并首次发现生长素大量积累是激活细胞全能性的关键"开关"。

研究团队运用扫描电镜、单细胞测序、显微切割转录组测序及活体成像等前沿技术,首次完整记录了单个植物细胞分裂重编程的全过程。实验证实,植物细胞的全能性具有"单细胞起源"特性,这一发现直接回应了学术界长期存在的争议。

在分子机制层面,科研人员发现了调控细胞命运转变的"双钥匙"模型:叶片气孔前体细胞特有的SPCH基因与人工诱导高表达的LEC2基因协同作用,形成激活细胞全能性的"分子开关"。研究负责人比喻:"这就像开锁需要两把钥匙同时插入,缺一不可。"

进一步研究显示,当普通细胞向全能干细胞转变时,细胞内会发生深度染色质重塑,大量原本沉默的基因被激活,导致细胞命运轨迹产生分岔。这种分子层面的"重编程"过程,为全能性建立打开了通道。研究团队完整绘制了细胞命运重塑的路径图,精准定位了关键分岔点。

中国科学院院士种康评价,这项研究不仅深化了人类对植物发育生物学的基本认知,更为解决农业生物技术中的"再生瓶颈"问题提供了理论支撑。据悉,该技术体系已在小麦、玉米、大豆等主要作物中开展实验验证,有望推动作物遗传改良技术的重大突破。

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