谁锁住了千年“生命火种”？上海科学家十年揭秘，登上《科学》

杨卫兵研究员（中）和论文主要作者朱先苗（右）、陈兴（左）观察植物干细胞

为何有些植物寿命可长达千年，种子沉睡千年也能萌发？这种绵延不绝的生命力源于一类核心的细胞群——植物干细胞。那么，植物是如何让其干细胞长期维持强大再生能力的？今天凌晨，国际权威学术期刊《科学》发表来自上海的研究成果，科学家解开了其中的谜团，将为提高作物产量、改良果蔬品质、增强林木环境适应性开辟全新的理论框架与技术途径。

植物干细胞堪称“头发丝上的生长宇宙”，在植物茎顶端、根尖等“生长中枢”所占区域直径不到0.1毫米，却可使植物在整个生命周期中都持续抽枝、发芽、开花。而且，它们如同放置于时间胶囊中一般，不惧岁月风霜，相时而动，展现生机。

植物细胞与动物细胞的最大区别就是拥有细胞壁，会不会奥秘就藏在细胞壁中？为此，从2014年起，论文通讯作者、中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员杨卫兵开始了长达十年的探索之路——在英国攻读剑桥大学博士后探索6年，来到上海建立独立研究组又进行4年系统性研究，他终于带领团队解开了这个谜团。

“我们发现，植物干细胞的细胞壁有着一套与众不同的‘二元密码’。”杨卫兵说，他们在微小的分生组织内，观察到植物干细胞的细胞壁内，果胶会有两种不同的修饰形态——在成熟细胞壁中，果胶呈现硬硬的高度甲酯化状态；而在新生细胞壁中，果胶则是软软的去甲酯化状态。

细胞壁与植物干细胞命运决定。左图显示拟南芥花序和茎顶端分生组织。洋红色标记细胞壁，绿色指示正在分裂的干细胞。右图为植物初生细胞壁结构示意图。

是谁让果胶发生了改变？原来，植物干细胞的细胞核内，有一种专门负责给“软化”细胞壁的酶（PME5）传递消息的mRNA。当外界条件适宜植物生长时，mRNA就会被释放到细胞质中，让PME5去软化细胞壁，从而开启细胞分裂生长的过程。

PME5转录本（mRNA）的细胞核定位

“这个传递信号的过程非常短，通常只有几百毫秒。”杨卫兵解释，这也是为何过去科学家一直没发现这个神奇的过程。他们利用分子植物创新中心的高端仪器平台，清楚“看”到了mRNA从细胞核跑去“传令”的过程。

根据经典的生命中心法则，mRNA在细胞核里被合成出来后，就都被赶去细胞质。“但这种mRNA却被发现滞留在细胞核里，或许中心法则也有例外。”杨卫兵觉得，这或许会为人类研究RNA的行为打开一个新的视角。

不过，又是谁把mRNA“锁”在细胞核内？研究团队又开展了一场艰苦的“海选”，最终找到了核内RNA结合蛋白RZ-1B/1C。又经过长达数月的投稿和修改，论文终于在今天凌晨发表。

植物干细胞在细胞壁的软硬转换间，完美保存了“生命火种”，而这一机制在玉米、大豆、番茄等重要作物中广泛存在。因此，未来育种家或可像编程一样，通过对细胞壁的精准设计，优化作物的干细胞活性，让植物产出更饱满的穗、更大的果实。

更值得一提的是，植物细胞壁还是地球上规模最大、储量最惊人的生物质形式，其储碳量是整个人类的7500倍。因此，若可实现细胞壁的精准调控，让植物长得更大、更繁茂，未来还可大幅提升植物固碳能力，为碳中和做出贡献。