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近日，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)首次完整揭示了單個(gè)植物體細(xì)胞如何通過基因重編程“改變命運(yùn)”，最終發(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。9月16日，這一成果在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）在線發(fā)表。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為論文第一完成單位，張憲省教授、蘇英華教授和荷蘭拉德堡德大學(xué)的須健教授以及北京華大生命科學(xué)研究院夏科科副研究員為共同通訊作者。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)唐麗蘋副教授、翟立明博士、北京華大生命科學(xué)研究院李紀(jì)明博士、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)高月博士生為共同第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、荷蘭拉德堡德大學(xué)生物與環(huán)境科學(xué)研究所的啟動(dòng)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及深圳市科技計(jì)劃的資助。

《Cell》雜志審稿人認(rèn)為，該研究揭示的GMC-auxin中間態(tài)是“令人興奮的突破”，首次定義了氣孔前體細(xì)胞向全能干細(xì)胞轉(zhuǎn)變的分子路徑，原創(chuàng)性強(qiáng)，意義重大，為理解植物體細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)改變和再生潛能提供了強(qiáng)有力的科學(xué)支撐。

中國(guó)科學(xué)院院士種康對(duì)該研究成果給予高度評(píng)價(jià)，指出該研究在國(guó)際上首次明確了植物全能干細(xì)胞的起源，發(fā)現(xiàn)“GMC (Guard Mother Cell)-auxin狀態(tài)”是氣孔發(fā)育與胚胎重編程的關(guān)鍵分叉點(diǎn)，揭示了LEC2–SPCH–YUC信號(hào)通路通過促進(jìn)生長(zhǎng)素合成來重塑細(xì)胞發(fā)育軌跡的分子機(jī)制。該成果在概念上取得了重要突破，證明植物再生可由特定譜系細(xì)胞直接觸發(fā)，而不是僅僅依賴脫分化過程，為作物再生體系優(yōu)化提供了理論藍(lán)圖。評(píng)論還指出，該發(fā)現(xiàn)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。

中國(guó)科學(xué)院院士楊維才評(píng)價(jià)說，自從上世紀(jì)50年代末德國(guó)科學(xué)家Reinert 和美國(guó)科學(xué)家Steward發(fā)現(xiàn)分化的體細(xì)胞可以經(jīng)體細(xì)胞胚胎發(fā)生形成完整植株以來，“單個(gè)體細(xì)胞是如何發(fā)育成單個(gè)植株”就成為一個(gè)重要的科學(xué)問題。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張憲省團(tuán)隊(duì)利用原位追蹤結(jié)合單細(xì)胞測(cè)序等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子LEC2通過激活生長(zhǎng)素合成途徑，促使分化的體細(xì)胞脫分化啟動(dòng)胚胎發(fā)生，這一重大發(fā)現(xiàn)是領(lǐng)域內(nèi)的突破性進(jìn)展。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.08.031

來源：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)