在植物生命科學領域，有一個懸而未決的世界難題——“單個植物體細胞如何發育為完整植株”？近日，這道世紀之問，終于迎來了來自中國科學家的答案！！

9月16日，著名學術期刊《細胞》（Cell）在線發表中國科學家（山東農業大學張憲省教授和蘇英華教授研究團隊）的科研成果，首次完整揭示了單個植物體細胞如何通過基因重編程“改變命運”，最終發育為完整植株的全過程。

該成果不僅破解了困擾科學界百余年的“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。

（圖：氣孔前體細胞的兩條發育路徑的模式圖）

一個細胞如何“重啟”生命程序？

1902年，“植物細胞全能性”概念被提出，即植物細胞可脫分化形成類似受精卵的全能干細胞，進而發育為完整植株。這一現象廣泛存在于植物界，包括農作物、木本植物，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、山東農業大學張憲省教授率領的科研團隊以擬南芥為研究對象開啟探索。20年來，團隊先后構建了單個體細胞直接發育成胚胎的實驗技術體系，以及誘導單細胞起源的體細胞胚胎發生的穩定體系，并首次發現細胞全能性激活的“開關”是大量生長素的積累。

利用應用掃描電鏡、先進的單細胞測序、顯微切割轉錄組測序與活體成像等前沿技術，科研人員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”，回答了學術界長期存在的疑惑。

團隊通過深入研究，找到了觸發細胞全能性的“關鍵鑰匙”：葉片氣孔前體細胞特有的基因SPCH，與人工誘導高表達的基因LEC2，二者協同作用形成“分子開關”。“就像轉動一把鎖需要兩把鑰匙，缺一不可。”張憲省說。

（圖：植物體細胞重編程形成全能干細胞的分子調控網絡）

論文通訊作者之一、山東農業大學教授蘇英華介紹，團隊完整記錄了細胞命運重塑的完整路徑，揭示了關鍵的命運分岔點。在從“普通細胞”轉變為“全能干細胞”的關鍵過渡狀態下，細胞發生了深度的染色質重塑，大量沉默的基因被逐步激活，細胞命運軌跡由此產生分岔，為全能性的建立打開了大門。

加速從實驗室到田間的智慧育種

這一理論的解析不僅有助于理解植物細胞發育的根本規律，也為精準調控植物再生和定向改良作物性狀提供了全新的思路與技術工具。

目前，該體系在小麥、玉米和大豆等作物的實驗正同步推進。“未來或可通過精準調控細胞全能性，實現作物優良品種的‘快速克隆’，大幅度縮短育種周期，服務精準設計育種。”張憲省教授表示，“這也將為珍稀植物種質資源的高效保護、植物合成生物學注入新動力”。