植物细胞如何从单个细胞发育成完整植株？这一困扰科学界百余年的难题，近日由中国科研团队取得重大突破。著名学术期刊《细胞》在线发表了山东农业大学张宪省教授团队的最新研究成果，首次完整解析了植物体细胞重编程为全能干细胞并再生完整植株的分子机制，为作物遗传改良和高效再生技术提供了全新理论支撑。
自1902年“植物细胞全能性”概念提出以来，科学家们一直试图解开植物细胞如何脱分化形成类似受精卵的全能干细胞，并最终发育为完整植株的谜题。然而，其背后的分子调控机制始终未被完全阐明。张宪省教授团队自2005年起，以模式植物拟南芥为研究对象，经过20年持续攻关，构建了单个体细胞直接发育成胚胎的实验技术体系，并建立了诱导单细胞起源的体细胞胚胎发生的稳定体系。
研究首次发现，细胞全能性的激活依赖于大量生长素的积累，这一发现为理解细胞命运转变提供了关键线索。通过应用扫描电镜、单细胞测序、显微切割转录组测序和活体成像等前沿技术，科研人员成功捕捉到单个植物细胞分裂的全过程，直观证实了植物细胞全能性的“单细胞起源”，回答了学术界长期存在的争议。
进一步研究揭示，触发细胞全能性的“分子开关”由叶片气孔前体细胞特有的基因SPCH和人工诱导高表达的基因LEC2协同作用形成。张宪省教授形象地比喻：“这就像转动一把锁需要两把钥匙，缺一不可。”这一发现为精准调控细胞命运提供了新的靶点。
团队成员、山东农业大学苏英华教授介绍，研究完整记录了细胞命运重塑的路径，并揭示了关键的命运分岔点。在从普通细胞转变为全能干细胞的过程中，细胞发生了深度的染色质重塑，大量原本沉默的基因被逐步激活，细胞命运轨迹由此产生分岔，为全能性的建立打开了大门。
中国科学院院士种康评价，该研究不仅深化了对植物细胞全能性机理的理解，更为破解农业生物技术长期存在的“再生瓶颈”开辟了新路径。目前，该技术体系已在小麦、玉米和大豆等作物中展开实验，有望为作物遗传改良和高效再生提供新的解决方案。
