科研新突破！山东3代科研人历时20年，破解“植物细胞全能性”世纪难题

9月16日22点31分，山东农业大学会议室灯火通明，伴随着此起彼伏的掌声，国际著名学术期刊《细胞》（Cell）正式在线发表山东农业大学科研团队重大理论成果，首次完整揭示了单个植物体细胞如何发育为完整植株的全过程，成功破解了困扰科学界百余年的“植物细胞全能性”机制之谜，为作物遗传改良与高效再生提供了全新理论支撑。同时，这一成果也回答了2005年国际顶尖学术期刊《科学》（Science）在其创刊125周年时提出的最具挑战的125个关键科学问题之一。

“我们3代人接力，用了整整20年，才解开这道世纪难题”，论文通讯作者、山东农业大学小麦育种全国重点实验室主任张宪省话语间满既辛酸又激动。

据了解，一片叶子、一个细胞，在特定条件下，可能重新长成一棵参天大树。这种植物独有的“逆天改命”能力被称为“植物细胞全能性”。早在1902年，“植物细胞全能性”概念就被提出，但始终未被证实。

体细胞胚来源于单个全能干细胞

气孔前体细胞中积累生长素后转变为全能干细胞

为了破解这个谜，科研团队通过在拟南芥叶细胞上做荧光标记，先后拍摄了近40万照片，反复尝试，才首次解构并捕捉到单个植物细胞的分裂全过程，直观证实了植物细胞全能性的“单细胞起源”。然后，科研团队利用单细胞测序、生物信息技术等前沿技术，从成千上万个细胞中提取了600多个GB的基因数据。经过反复分析，团队才构建出完整的基因调控网络，最终确定了能主导细胞命运的两个基因。

模式图展示气孔前体细胞的两条发育路径

“这两个关键基因就好比两把钥匙，当这两把钥匙同时转动，才能促进植物生长素合成，细胞就会朝着胚胎的方向发展。有了这两把钥匙，通过施加一定的条件，就能让植物细胞转变成全能性干细胞，从而长出新的植株。”张宪省说。

“这项成果在国际上首次明确了植物全能干细胞的起源，证明植物再生可由特定谱系细胞直接触发，为作物再生体系优化提供了理论蓝图，也为破解农业生物技术长期存在的‘再生瓶颈’，开辟了新路径。这标志着中国在植物发育和生物技术研究领域为世界作出了里程碑式的贡献！”中国科学院院士种康给予高度评价。

来源｜山东农业大学、闪电新闻

编辑｜陈康

复审｜陈吉康

终审｜王蒨