單個植物體細(xì)胞如何發(fā)育為完整植株？9月16日，著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》在線發(fā)表中國科學(xué)家的科研成果，首次完整揭示了這一全過程。該成果不僅破解了困擾科學(xué)界百余年的“植物細(xì)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(xì)胞的兩條發(fā)育路徑的模式圖。受訪者提供
1902年“植物細(xì)胞全能性”概念被提出，即植物細(xì)胞可脫分化形成類似受精卵的全能干細(xì)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(nóng)業(yè)大學(xué)張憲省教授率領(lǐng)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(gòu)建了單個體細(xì)胞直接發(fā)育成胚胎的實驗技術(shù)體系，以及誘導(dǎo)單細(xì)胞起源的體細(xì)胞胚胎發(fā)生的穩(wěn)定體系，并首次發(fā)現(xiàn)細(xì)胞全能性激活的“開關(guān)”是大量生長素的積累。
植物體細(xì)胞重編程形成全能干細(xì)胞的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。受訪者提供
利用應(yīng)用掃描電鏡、先進的單細(xì)胞測序、顯微切割轉(zhuǎn)錄組測序與活體成像等前沿技術(shù)，科研人員首次捕捉到單個植物細(xì)胞的分裂全過程，直觀證實了植物細(xì)胞全能性的“單細(xì)胞起源”，回答了學(xué)術(shù)界長期存在的疑惑。
團隊通過深入研究，找到了觸發(fā)細(xì)胞全能性的“關(guān)鍵鑰匙”：葉片氣孔前體細(xì)胞特有的基因SPCH，與人工誘導(dǎo)高表達(dá)的基因LEC2，二者協(xié)同作用形成“分子開關(guān)”。“就像轉(zhuǎn)動一把鎖需要兩把鑰匙，缺一不可?！睆垜検≌f。
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(nóng)業(yè)大學(xué)教授蘇英華介紹，團隊完整記錄了細(xì)胞命運重塑的完整路徑，揭示了關(guān)鍵的命運分岔點。在從“普通細(xì)胞”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭芨杉?xì)胞”的關(guān)鍵過渡狀態(tài)下，細(xì)胞發(fā)生了深度的染色質(zhì)重塑，大量沉默的基因被逐步激活，細(xì)胞命運軌跡由此產(chǎn)生分岔，為全能性的建立打開了大門。
該研究在國際上首次全面解析了單個植物體細(xì)胞重編程形成全能干細(xì)胞并再生完整植株的分子機理。中國科學(xué)院院士種康認(rèn)為，該研究不僅深化了對植物細(xì)胞全能性機理的理解，也為破解農(nóng)業(yè)生物技術(shù)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。（喻思 南王靜）
