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“单个体细胞如何发育成完整植株？”这个问题被《科学》杂志列为“最具挑战的125个关键科学问题之一”，也是植物生命科学领域悬而未决的世纪难题。如今，这一问题被我国科学家团队破解。
山东农业大学教授张宪省和苏英华研究团队世界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，从而破解了困扰科学界的“植物细胞全能性”机制之谜，也为作物遗传改良与高效再生提供了全新理论支撑。9月16日，相关成果在线发表于《细胞》杂志。
“该研究在国际上首次明确了植物全能干细胞的起源。”中国科学院院士种康认为，该发现不仅深化了对植物细胞全能性机理的理解，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。
这项研究源于1902年提出的“植物细胞全能性”概念。这一概念认为，植物的每个细胞均包含该物种全部遗传信息，在适宜条件下，可以发育成“全能干细胞”，进而长成完整植株。
“就像一片叶子本应永远是叶子，但它却能‘变身’为一株株新植物，这种‘命运逆转’是如何发生的？”论文通讯作者之一、山东农业大学生命科学学院副院长苏英华道出研究初衷。
自2005年起，张宪省带领团队，以拟南芥为模型展开探索，开启了一场持续20年的科研“马拉松”。20年来，该团队先后构建了单个体细胞直接发育成胚胎的实验技术体系和诱导单细胞起源的体细胞胚胎发生稳定体系，并首次发现细胞全能性激活的“开关”是大量生长素的积累。科研人员利用先进的单细胞测序、显微切割转录组测序与活体成像等前沿技术，首次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”，回答了学术界的疑惑。
该研究团队通过深入研究，找到了触发细胞全能性的“关键钥匙”：叶片气孔前体细胞特有的基因SPCH，与人工诱导高表达的基因LEC2，二者协同作用形成“分子开关”。张宪省将之比喻为，“就像转动一把锁需要两把钥匙，缺一不可。”
苏英华拿水稻举例。水稻杂交育种通常需要8年至10年，如果结合单细胞“再生”方法育种，在实验室里就能完成杂交育种优势后代的无性繁殖，育种期有望进一步大幅缩短。
目前，该研究团队正致力于小麦、玉米、大豆等作物在分子育种方面的前沿探索。“未来有望通过精准调控细胞全能性，实现优良作物品种的‘快速克隆’。”张宪省表示，“种子是农业的‘芯片’。中国人一定能够牢牢端稳自己的饭碗。”
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