9月16日22點(diǎn)31分，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)會(huì)議室燈火通明，伴隨著此起彼伏的掌聲，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）正式在線發(fā)表山東農(nóng)業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)重大理論成果，首次完整揭示了單個(gè)植物體細(xì)胞如何發(fā)育為完整植株的全過(guò)程，成功破解了困擾科學(xué)界百余年的“植物細(xì)胞全能性”機(jī)制之謎，為作物遺傳改良與高效再生提供了全新理論支撐。同時(shí)，這一成果也回答了2005年國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）在其創(chuàng)刊125周年時(shí)提出的最具挑戰(zhàn)的125個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一。

“我們3代人接力，用了整整20年，才解開(kāi)這道世紀(jì)難題”，論文通訊作者、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥育種全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張憲省話語(yǔ)間滿既辛酸又激動(dòng)。

據(jù)了解，一片葉子、一個(gè)細(xì)胞，在特定條件下，可能重新長(zhǎng)成一棵參天大樹。這種植物獨(dú)有的“逆天改命”能力被稱為“植物細(xì)胞全能性”。早在1902年，“植物細(xì)胞全能性”概念就被提出，但始終未被證實(shí)。

體細(xì)胞胚來(lái)源于單個(gè)全能干細(xì)胞

氣孔前體細(xì)胞中積累生長(zhǎng)素后轉(zhuǎn)變?yōu)槿芨杉?xì)胞

為了破解這個(gè)謎，科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)在擬南芥葉細(xì)胞上做熒光標(biāo)記，先后拍攝了近40萬(wàn)照片，反復(fù)嘗試，才首次解構(gòu)并捕捉到單個(gè)植物細(xì)胞的分裂全過(guò)程，直觀證實(shí)了植物細(xì)胞全能性的“單細(xì)胞起源”。然后，科研團(tuán)隊(duì)利用單細(xì)胞測(cè)序、生物信息技術(shù)等前沿技術(shù)，從成千上萬(wàn)個(gè)細(xì)胞中提取了600多個(gè)GB的基因數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)反復(fù)分析，團(tuán)隊(duì)才構(gòu)建出完整的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，最終確定了能主導(dǎo)細(xì)胞命運(yùn)的兩個(gè)基因。

模式圖展示氣孔前體細(xì)胞的兩條發(fā)育路徑

“這兩個(gè)關(guān)鍵基因就好比兩把鑰匙，當(dāng)這兩把鑰匙同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，才能促進(jìn)植物生長(zhǎng)素合成，細(xì)胞就會(huì)朝著胚胎的方向發(fā)展。有了這兩把鑰匙，通過(guò)施加一定的條件，就能讓植物細(xì)胞轉(zhuǎn)變成全能性干細(xì)胞，從而長(zhǎng)出新的植株。”張憲省說(shuō)。

“這項(xiàng)成果在國(guó)際上首次明確了植物全能干細(xì)胞的起源，證明植物再生可由特定譜系細(xì)胞直接觸發(fā)，為作物再生體系優(yōu)化提供了理論藍(lán)圖，也為破解農(nóng)業(yè)生物技術(shù)長(zhǎng)期存在的‘再生瓶頸’，開(kāi)辟了新路徑。這標(biāo)志著中國(guó)在植物發(fā)育和生物技術(shù)研究領(lǐng)域?yàn)槭澜缱鞒隽死锍瘫降呢暙I(xiàn)！”中國(guó)科學(xué)院院士種康給予高度評(píng)價(jià)。

來(lái)源｜山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、閃電新聞

編輯｜陳康

復(fù)審｜陳吉康

終審｜王蒨