單個體細胞如何發(fā)育成完整植株？這一困擾植物學界一個多世紀的難題近日終于得解。

　　北京時間9月16日22時30分，全球頂級學術期刊《細胞》在線發(fā)表山東農業(yè)大學研究團隊論文，首次揭示了單個體細胞發(fā)育成完整植株背后的分子機制。

　　中國科學院院士種康給予高度評價：“該研究成果為作物再生體系優(yōu)化提供了理論藍圖，標志著中國在植物發(fā)育和生物技術研究領域為世界作出了里程碑式的貢獻?！?/p>

　　早在1902年，植物學家哈伯蘭特就提出“植物細胞全能性”概念，認為植物的每個細胞均包含該物種全部遺傳信息，在適宜條件下，可以發(fā)育成“全能干細胞”，進而長成完整植株。120多年過去了，這一概念背后的機理始終未被揭示?！犊茖W》雜志將“單個體細胞如何發(fā)育成完整植株”列在本世紀最具挑戰(zhàn)性的科學難題第9位。

　　究竟難在何處？論文通訊作者之一、小麥育種全國重點實驗室主任張憲省打了一個比喻：“就像孫悟空拔一撮猴毛變出一群小猴子，過程看似容易，但要知道猴毛為什么能變成猴子卻非常難?！?/p>

　　2005年，張憲省帶領團隊，以擬南芥這一植物為研究對象，開啟長達20年的探索。經過十幾萬次實驗積累，研究團隊大致分“兩步走”發(fā)現(xiàn)了單細胞“再生”植物機理：研究首先發(fā)現(xiàn)，只有擬南芥葉片體細胞內合成大量生長素，這個“普通細胞”才能變身“全能干細胞”；在此基礎上又發(fā)現(xiàn)，在葉片氣孔前體細胞特有基因SPCH與人工誘導高表達基因LEC2協(xié)同作用下，體細胞才能合成大量生長素。

　　“這兩個基因如同兩把鑰匙，共同開啟轉動細胞‘命運的齒輪’，為細胞全能性建立打開了大門。”論文通訊作者之一、山東農業(yè)大學生命科學學院副院長蘇英華表示，實驗的成功離不開完整實驗體系的構建和多種前沿技術的加持。團隊首次捕捉到單細胞分裂全過程，更加直觀地證實了“植物細胞全能性”的單細胞起源。

　　這一最新發(fā)現(xiàn)，為精準調控植物“再生”和定向改良作物性狀提供了全新思路與技術工具。“拿水稻來說，雜交育種通常需要8-10年，即使采用我國先進的南繁技術，一年兩代種植，至多縮短一半時間?！碧K英華表示，如果結合單細胞“再生”方法育種，在實驗室就能完成雜交育種優(yōu)勢后代的無性繁殖，雜種優(yōu)勢得到固定，育種期有望進一步大幅縮短，從而讓人們吃上更好的大米。

　　種子被喻為農業(yè)的“芯片”，是現(xiàn)代農業(yè)和糧食安全的命脈?！澳壳?，我們正探索推進小麥、玉米、大豆等作物實驗，努力走在世界生物學前沿，用中國人的手攥緊中國種子、端穩(wěn)中國飯碗?！睆垜検≌f。（李子路 于新悅 王世翔 趙洪杰）

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