Molecular Plant | 北大农研院李博生团队利用超分辨率空间转录组揭示植物芽从头再生中的卵形干细胞龛结构

植物具有强大的器官再生能力。离体子叶、根或茎段在激素诱导下，可形成愈伤组织，并进一步产生不定芽、不定根，最终再生为完整植株。该过程既是发育生物学中的经典问题，也是作物遗传转化和种质创新的重要基础。

过去几十年，植物再生研究多聚焦于生长素、细胞分裂素以及 WUS、CLV3、PLTs、CUC2 等关键基因。然而，愈伤组织内部高度异质，不同细胞状态在空间上交错分布。一个关键问题是：在没有预存干细胞龛的受伤组织中，植物如何重新组织细胞命运，形成能够启动新生芽的功能性干细胞龛？

近日，北京大学现代农业研究院李博生研究员团队在Molecular Plant在线发表题为 “Super-resolution multimodal spatial transcriptomics reveals an ovoid stem-cell niche structuringde novoshoot regeneration” 的研究论文。该研究以番茄离体子叶再生为模型，整合测序型空间转录组、单核转录组和成像型空间转录组，对受伤至芽从头再生全过程进行连续解析，构建了覆盖约 116 万个细胞的高分辨率时空图谱。研究发现，愈伤组织中会形成一个此前未被充分认识的卵形干细胞龛，由外周信号层、中间可塑性区室和中央静息核心组成；其中，外周信号层的 EPFL8b 小肽具有维持该结构并促进芽再生的新功能。该研究提示，植物再生并不只是关键基因被激活，更取决于细胞状态能否被组织成正确的空间结构。

图1 多模态空间组学解析番茄芽从头再生过程，并定位卵形干细胞龛的形成

进一步分析显示，该卵形干细胞龛具有明确的空间分工：外周信号层富集 CUC2 和 EPFL8b，可能负责感知和传递位置信号；中间可塑性区室富集 STM 和 PLT3a，具有发育可塑性；中央静息核心富集 WUS、CLV3 和 RAD17，细胞周期活性较低，可能承担维持干细胞龛稳定性的功能。这一结构说明，新生芽并非由愈伤组织中随机一群表达再生标志基因的细胞产生，而是来自一个具有层级结构和信号方向性的组织单元。

图2 EPFL8b 小肽信号维持卵形干细胞龛，并促进芽从头再生

功能实验表明，EPFL8b 与其受体 ER/ERL1 在空间上分离，分别位于外周信号层和中间可塑性区室。外源添加 EPFL8b 可促进番茄芽再生；epfl8b 突变体中，WUS、CLV3、STM、CUC2 等标记基因仍可被检测到，但其空间分布紊乱，无法形成正常卵形结构，导致再生效率下降。这说明 EPFL8b 的作用并非简单提高某个再生基因的表达，而是参与组织干细胞龛的空间结构。研究还发现，外源 EPFL8b 可促进辣椒、番茄野生材料以及小麦愈伤组织的芽再生，提示该信号模块可能用于提升作物再生效率。

图 3 研究引入了 10x Xenium高分辨率成像型空间转录组技术

该研究同时具有重要技术意义。团队引入并优化了植物样本的超分辨率多模态空间组学框架，将测序型与成像型空间转录组整合到细胞乃至亚细胞尺度，克服了植物组织样本中 RNA 降解和空间信号漂移等限制，在植物再生研究中达到以往难以实现的分辨率。由此建立的百万细胞级空间图谱，也为后续围绕候选细胞状态、局部信号和再生因子的假说驱动型功能研究提供了系统资源。

综上，该研究揭示了愈伤组织中卵形干细胞龛的形成及 EPFL8b 小肽在空间结构维持中的关键作用。相关发现拓展了传统以基因为中心的植物再生研究范式，强调结构组织是再生过程中同等重要的基本原则，为理解植物发育可塑性、优化作物再生体系和提升遗传转化效率提供了新的视角与资源。

北京大学现代农业研究院李博生研究员为该论文通讯作者。北京大学现代农业研究院宋协海副研究员、张少蔓助理研究员、岳智亮副研究员和科研助理刘永琪为论文共同第一作者。北京大学现代农业研究院王继纵研究员、张华伟研究员、侯书国研究员、10X Genomics 公司邱川博士、云南大学姜凯研究员、南方科技大学方亮研究副教授、山东农业大学李刚教授、潍坊学院许瑞瑞‌教授、清华大学陈浩东研究员和北京大学现代农业研究院邓兴旺院士对该研究提供了重要指导与支持。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金、山东省农业良种工程重点研发项目、泰山学者计划和鸢都学者计划等项目资助。

李博生博士现为北京大学现代农业研究院研究员、作物分子育种和细胞生物学实验室主任、单细胞和单分子公共分析平台主任。课题组主要围绕作物重要农艺性状相关器官的分化发育、细胞再生、单细胞组学、空间组学和纳米孔测序技术开展研究。因课题组和平台发展需要，长期欢迎对相关研究方向感兴趣的学生、科研人员和访问学者加入。联系方式：

bosheng.li@pku-iaas.edu.cn

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.05.008