植物细胞如何从单个体细胞蜕变为完整植株？这一困扰科学界百余年的谜题，终于被中国科研团队破解。著名学术期刊《细胞》近日在线发表了一项突破性成果，首次完整呈现了植物体细胞重编程为全能干细胞并发育成完整植株的全过程，为作物遗传改良和高效再生技术提供了全新理论依据。
1902年，科学家首次提出“植物细胞全能性”概念，认为植物细胞可通过脱分化形成类似受精卵的全能干细胞，进而发育为完整植株。然而，这一过程的分子机制始终未被阐明。2005年起，山东农业大学科研团队以拟南芥为模型，开启了长达20年的探索。团队先后建立了单个体细胞直接发育为胚胎的实验技术体系，以及诱导单细胞起源的体细胞胚胎发生的稳定体系，并首次发现细胞全能性激活的关键在于大量生长素的积累。
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”。这一发现回答了学术界长期存在的争议：植物细胞是否真的能从单个细胞开始，独立完成从体细胞到完整植株的蜕变。
研究进一步揭示，触发细胞全能性的“分子开关”由两部分组成：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，如同转动一把锁需要两把钥匙，缺一不可。“这一机制解释了为什么并非所有细胞都能激活全能性，只有特定基因组合才能开启重编程过程。”团队成员介绍。
科研人员完整记录了细胞命运重塑的路径，发现从“普通细胞”转变为“全能干细胞”的关键过渡状态下，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。这一过程类似于重新编程一台计算机，通过改写“基因代码”改变细胞的发育方向。
该研究在国际上首次全面解析了单个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理。专家认为，这一成果不仅深化了对植物细胞全能性机制的理解，更为破解农业生物技术中的“再生瓶颈”提供了新路径。目前，相关技术体系已在小麦、玉米和大豆等作物中展开实验，有望推动作物遗传改良和高效再生技术的突破。
