喻思南 王 静

气孔前体细胞的两条发育路径的模式图。 山东农业大学供图

单个细胞怎样成长为完整植物？这是植物生命科学方面一个尚未解决的重大谜题。2005年，《科学》期刊在其创刊125周年之际，公布了125个最具挑战性的核心科学议题，该问题位列其中。

最近，山东农业大学联合相关单位，首次完整阐明了单个植物细胞借助基因重编程实现“命运转换”，并最终长成完整植株的完整机制。这项研究成果已发布在《细胞》期刊上。

植物细胞比动物细胞表现出更显著的成长适应性。在特定环境下，它们可以不经受精直接形成胚胎，这一过程被称为“体细胞胚胎发生”。通讯作者张宪省教授，来自山东农业大学，说明植物细胞拥有特殊的“恢复”机能。比如，叶肉细胞之类的任何一种体细胞，一旦经过再程序化处理，可以恢复成最初的干细胞形态，然后会经历“体细胞胚形成”的过程，最后能够长成一株完整的植物。

1902年，有研究者提出了“植物细胞全功能”这一观点，旨在说明植物细胞所展现出的特殊性能。具体来说，植物细胞能够经历去分化过程，转变为类似于受精卵的完整干细胞，然后逐步长成完整的植物体。这种现象在植物界普遍存在，涵盖了各种农作物和树木，比如，多肉植物的叶片可以产生新的植株。然而，这种现象背后的分子层面的运作方式一直没有被完全阐明。

为了探明真相，从2005年开始，张宪省领导的科研小组把拟南芥作为分析对象，着手进行深入研究。

一种叶片能够转化为多个新植株，我们探究这种转变的原理。论文合著者苏英华这样表示。

二十年光阴里，该集体相继研发了单个细胞直接孕育出胚胎的科研方法，以及促成单细胞发源的“体细胞胚形成”可靠模式，并且初次察觉到众多生长素的积聚能够启动细胞全能性的“扳机”。依靠精密的科研装备和尖端生物手段，该集体首度记录了单个植物细胞分裂的完整景象。

深入探究中，该集体识别出解锁细胞多能性的核心要素：叶片气孔始基细胞独有的遗传因子SPCH，以及经人为手段促使大量产生的基因LEC2，这两种基因联合起来构成一个“分子调控装置”。“如同开启一个锁具必须配备两把钥匙，任何一把都无法单独生效。”张宪省补充道。

两个关键基因如何“点亮”全能性？论文的首席作者唐丽苹副教授表示，体细胞胚源自一个全能干细胞，该细胞原本计划发育为气孔的初始细胞，但在全能性调控因子LEC2与气孔生长关键因子SPCH的共同影响下，生长素合成途径被激活，促使生长素显著聚集，使得初始细胞放弃气孔发育方向，转而转变为可产生新生命的全能干细胞。

依据先前的研究成果，该团队详尽追踪了细胞形态发生转变的全过程，并明确了其中起决定性作用的转折阶段。

当细胞从常规状态转变为多能状态的核心阶段时，它经历了彻底的染色质重构，众多处于休眠状态的基因被逐一唤醒，生命轨迹因此出现分歧，为多能性的形成开辟了通道。

这种学说的阐释，有助于人们认识植物细胞生长的基本法则，同时也为准确管理植物繁衍和有目的地改进作物特性，开辟了崭新的途径和实用手段。

这项体系正在小麦、玉米以及大豆等作物上开展同步实验。将来或许能够借助精确操控细胞的全能性，达成作物优质品种的迅速复制，显著压缩繁育期限，助力精准化育种工作。这一进展亦将促成稀有植物遗传资源的有效保存，为植物合成生物学领域带来新的活力。

《 人民日报 》( 2025年10月19日 05 版)