山東農(nóng)業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)：首次完整揭示單個(gè)體細(xì)胞如何發(fā)育成完整植株

中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（記者 魏海政 通訊員 王靜）“單個(gè)體細(xì)胞如何發(fā)育成完整植株？”這個(gè)問題被《科學(xué)》雜志列為“最具挑戰(zhàn)的125個(gè)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(tuán)隊(duì)破解。

9月16日，國際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)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(tuán)隊(duì)首次在模式植物擬南芥中以確鑿證據(jù)證實(shí)植物細(xì)胞全能性源于單細(xì)胞，完整揭示了單個(gè)植物體細(xì)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(xì)胞全能性”機(jī)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(tuán)隊(duì)以擬南芥為模型開啟探索，開啟了一場(chǎng)持續(xù)20年的科研“馬拉松”。20年來，該團(tuán)隊(duì)先后構(gòu)建了單個(gè)體細(xì)胞直接發(fā)育成胚胎的實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系和誘導(dǎo)單細(xì)胞起源的體細(xì)胞胚胎發(fā)生穩(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(zhǎng)素的積累。科研人員利用應(yīng)用掃描電鏡、先進(jìn)的單細(xì)胞測(cè)序、顯微切割轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與活體成像等前沿技術(shù)，首次捕捉到單個(gè)植物細(xì)胞的分裂全過程，直觀證實(shí)了植物細(xì)胞全能性的“單細(xì)胞起源”，回答了學(xué)術(shù)界的疑惑。

該團(tuán)隊(duì)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)”。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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)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(xì)胞擺脫既定的命運(yùn)，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(shí)驗(yàn)正同步推進(jìn)。張憲省表示，未來或可通過精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞全能性，實(shí)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(jì)育種，這將為珍稀作物種質(zhì)資源的高效保護(hù)、植物合成生物學(xué)注入新動(dòng)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(xì)胞的起源，不僅深化了對(duì)植物細(xì)胞全能性機(jī)理的理解，也為破解農(nóng)業(yè)生物技術(shù)長(zhǎng)期存在的“再生瓶頸”開辟了新路徑。                 

蘇英華教授與團(tuán)隊(duì)老師細(xì)致觀察擬南芥體細(xì)胞胚胎發(fā)生情況 學(xué)校供圖