我国科学家首次揭示单个体细胞“变”完整植株全过程

xinwen.mobi · 发表于 2025-9-17 21:32:55

2025年9月16日，国际著名学术期刊《细胞》在线发表了山东农业大学张宪省教授和苏英华教授研究团队的成果，该团队首次完整揭示了单个植物体细胞如何通过基因重编程“改变命运”，最终发育为完整植株的全过程。以下是具体内容：研究背景：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，但背后的分子机制始终未解。2005年，“单个体细胞如何发育成完整植株”被国际著名学术期刊《科学》列为最具挑战的125个关键科学问题之一。研究过程：构建实验技术体系：2005年起，团队以拟南芥为模型开启探索。2009年，团队首次发现大量生长素的积累是细胞全能性激活的“开关”。2011年，团队意外发现一种诱导因子可使幼苗叶片表面直接长出胚胎结构，且体细胞胚直接来源于叶片表面的单个细胞，随后建立了“诱导单细胞起源的体细胞胚胎发生”稳定体系。发现全能干细胞标记：团队经过反复验证试验，找到了只在全能干细胞中发光的荧光标记。捕捉细胞分裂过程：应用扫描电镜及激光共聚焦活体成像等技术，首次捕捉到单个植物细胞的分裂全过程，从1个细胞分裂为2个，再以“3个一组”的特殊模式逐步形成12个细胞的胚体，直观证实了植物细胞全能性的“单细胞起源”。找到触发细胞全能性的关键基因：团队通过深入研究，找到了触发细胞全能性的“关键钥匙”，即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”。原本注定要发育成气孔的“前体细胞”，在全能性调控因子LEC2与气孔发育关键因子SPCH的协同作用下，激活生长素合成通路，导致生长素特异性大量积累，致使前体细胞脱离“气孔发育之路”，转而成为能够孕育新生命的全能干细胞。研究意义：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，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，还将为珍稀植物种质资源的高效保护、植物合成生物学注入新动力。

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