长期以来,植物细胞的"自我重生"能力困扰着全球科学界。
早在1902年,植物学家哈伯兰特就提出了"植物细胞全能性"的概念,指出植物的单个体细胞具有发育成完整植株的潜能。
然而,这一现象背后的科学原理始终未被阐明。
《科学》杂志甚至将其列为本世纪最具挑战性的科学难题第九位,足见其重要性和复杂性。
究竟难在何处?
小麦育种全国重点实验室主任张宪省用形象的比喻道出了症结所在。
他表示,这就像孙悟空拔毛变猴的神话故事,过程看似容易,但要揭示其中的科学原理却极其困难。
要从分子水平解释单个细胞如何获得全新的"命运",需要突破多重科学关卡。
山东农业大学研究团队决心向这一世纪难题发起挑战。
从2005年开始,张宪省团队选择拟南芥作为研究对象,这是一种在植物学研究中广泛应用的模式生物。
团队采用系统研究方法,历时二十年,进行了十几万次实验,不断调整研究条件、重建实验体系,逐步逼近问题的核心。
研究中的关键发现逐渐浮现。
团队通过大量实验观察发现,拟南芥叶片体细胞要实现"再生",必须在细胞内重新合成大量生长素。
这是触发细胞命运转变的第一步。
进一步的深入研究表明,叶片气孔前体细胞特有基因SPCH与人工诱导高表达基因LEC2之间的协同作用,成为大量生长素合成的关键条件。
这两个基因的"携手合作",就像打开了细胞全能性的密码。
更为重要的是,研究团队首次在显微镜下捕捉到了单细胞分裂的全过程,直观证实了植物细胞全能性确实起源于单个细胞。
这一成果以高分辨率的实验数据和清晰的分子机制,为百年来的科学假说提供了确凿的证据。
2025年9月,这一重要研究成果正式发表于国际顶级学术期刊《细胞》,在全球科学界引起广泛关注。
中国科学院院士种康高度评价这项工作,认为该研究成果为作物再生体系的优化提供了理论蓝图,标志着中国在植物发育和生物技术研究领域为世界科学作出了里程碑式的贡献。
从应用价值看,这项基础研究成果具有重要的现实意义。
传统农业育种周期长、效率低,往往需要多年甚至十多年才能培育出新品种。
而植物细胞全能性的分子机制一旦被充分利用,可以大幅缩短育种周期,加快新品种的选育速度。
这对于保障国家粮食安全、提升农业竞争力具有战略意义。
面向未来,张宪省团队并未止步于基础研究的突破。
研究团队正在积极推进将这一理论应用于小麦、玉米、大豆等主要农作物的实验研究中,力争将成果转化为生产力。
团队表示,将继续走在世界生物学研究的前沿,为我国农业现代化提供更多科技支撑。
科学突破往往源自对基础问题的长期追问。
破解植物细胞“全能性”这一百年难题,不仅是对生命发育规律的深入回答,也为农业科技从经验驱动走向机理驱动提供了示范。
面向未来,唯有持续夯实基础研究、加强关键技术攻关与成果转化衔接,才能把实验室里的“再生之谜”转化为田野中的“增产之实”,更稳更实地守护国家粮食安全与农业高质量发展。