中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 魏海政 通訊員 王靜）“單個體細胞如何發(fā)育成完整植株？”這個問題被《科學(xué)》雜志列為“最具挑戰(zhàn)的125個關(guān)鍵科學(xué)問題之一”，也是植物生命科學(xué)領(lǐng)域懸而未決的世界難題。如今，這一問題被中國團隊破解。

9月16日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《細胞》（Cell）在線發(fā)表中國科學(xué)家的科研成果，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張憲省教授和蘇英華教授研究團隊首次在模式植物擬南芥中以確鑿證據(jù)證實植物細胞全能性源于單細胞，完整揭示了單個植物體細胞如何發(fā)育為完整植株的全過程。該成果不僅破解了困擾科學(xué)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。     

自2005年起，張憲省教授率領(lǐng)的科研團隊以擬南芥為模型開啟探索，開啟了一場持續(xù)20年的科研“馬拉松”。20年來，該團隊先后構(gòu)建了單個體細胞直接發(fā)育成胚胎的實驗技術(shù)體系和誘導(dǎo)單細胞起源的體細胞胚胎發(fā)生穩(wěn)定體系，并首次發(fā)現(xiàn)細胞全能性激活的“開關(guān)”是大量生長素的積累。科研人員利用應(yīng)用掃描電鏡、先進的單細胞測序、顯微切割轉(zhuǎn)錄組測序與活體成像等前沿技術(shù)，首次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(xué)術(shù)界的疑惑。

該團隊通過深入研究，找到了觸發(fā)細胞全能性的“關(guān)鍵鑰匙”：葉片氣孔前體細胞特有的基因SPCH，與人工誘導(dǎo)高表達的基因LEC2，二者協(xié)同作用形成“分子開關(guān)”。張憲省教授介紹，這一轉(zhuǎn)變并非輕而易舉，就像一只上鎖的寶箱，必須兩把鑰匙同時轉(zhuǎn)動才能開啟?？蒲腥藛T成功找到了這兩把關(guān)鍵的“基因鑰匙”，讓細胞擺脫既定的命運，踏上“創(chuàng)造生命”的新征程。

目前，該體系在小麥、玉米、大豆等作物上的實驗正同步推進。張憲省表示，未來或可通過精準(zhǔn)調(diào)控細胞全能性，實現(xiàn)作物優(yōu)良品種的“快速克隆”，大幅度縮短育種周期，精準(zhǔn)設(shè)計育種，這將為珍稀作物種質(zhì)資源的高效保護、植物合成生物學(xué)注入新動力。

中國科學(xué)院院士種康認(rèn)為，該研究在國際上首次明確了植物全能干細胞的起源，不僅深化了對植物細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。                 

蘇英華教授與團隊老師細致觀察擬南芥體細胞胚胎發(fā)生情況 學(xué)校供圖