縮短育種周期 改寫未來農(nóng)業(yè)
——揭秘山農(nóng)大團隊揭示單個體細胞“變”完整植株
2025年12月，山東農(nóng)業(yè)大學成果“單個體細胞‘變’完整植株奧秘揭示”入選年度國內(nèi)十大科技新聞，這不僅是當年榜單中唯一的生物學入選項目，更被視為解開植物生長“黑匣子”的關鍵鑰匙。
此前，山東農(nóng)業(yè)大學張憲省教授和蘇英華教授研究團隊的這一成果曾在國際著名學術期刊《細胞》上發(fā)表，首次完整揭示了單個植物體細胞通過基因重編程“改變命運”，最終發(fā)育為完整植株的全過程。
“我們解決的是普通植物體細胞發(fā)育成一粒種子背后的分子機制問題?！碧K英華說。
對于農(nóng)業(yè)科學而言，植物細胞全能性是一個既基礎又核心的概念。早在1902年，科學家們就發(fā)現(xiàn)了植物細胞全能性現(xiàn)象：植物的每一個細胞都包含著遺傳密碼，擁有長成完整植株的潛能。然而，理論雖然存在，潛能背后的分子機制究竟是什么，困擾了科學家百年之久。2005年，張憲省、蘇英華團隊踏上了探索“單個體細胞如何發(fā)育成完整植株”的道路，一走就是二十年。
2009年，團隊首次在擬南芥中發(fā)現(xiàn)，大量生長素的積累是細胞全能性激活的“開關”；2011年，團隊發(fā)現(xiàn)存在一種誘導因子使得幼苗葉片表面單個細胞直接長出胚胎結構。這些發(fā)現(xiàn)雖然令人振奮，但距離完全揭示“變身”機制仍差“臨門一腳”。
經(jīng)過多年反復的實驗與驗證，團隊終于在最新的研究中找到了那兩把至關重要的“鑰匙”：葉片氣孔前體細胞特有的基因SPCH與人工誘導高表達的基因LEC2。觸發(fā)細胞全能性并非單一基因的獨角戲，而是一場精密的協(xié)同作戰(zhàn)，二者協(xié)同作用形成“分子開關”，激活生長素合成通路，讓生長素特異性大量積累，致使氣孔前體細胞成為能夠孕育新生命的全能干細胞。張憲省說，這就像轉動一把復雜的鎖，必須兩把鑰匙同時插入、同時轉動，缺一不可。
基礎理論的突破，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中有著不可估量的應用價值?！霸趯嶒炇业呐囵B(yǎng)環(huán)境下，一個普通的植物體細胞可以直接變?yōu)橐涣７N子，進而長成完整植株。這個過程完全跳過了傳統(tǒng)植物開花結果的自然階段，未來極有可能在無土栽培技術、減少耕地占用等方面發(fā)揮重要作用?！碧K英華說。
同時，該技術在固定雜種優(yōu)勢方面展現(xiàn)出巨大潛力。在傳統(tǒng)的農(nóng)作物雜交育種中，想要獲得一個既高產(chǎn)又抗逆的新品種，往往需要耗費8到10年的時間進行多代篩選和穩(wěn)定。而如果植物體細胞能直接發(fā)育為胚胎，育種的時間成本將大大壓縮?！爸恍枰坏絻赡昴玫筋A期的雜合后代，取其一個體細胞進行培育，兩三個月就能獲得無性繁殖的下一代，一到兩年便可完成整個品種的選育過程，這是現(xiàn)階段我們努力的方向?！碧K英華說，團隊的最終目標是將這套理論遷移到小麥、大豆、玉米等主要農(nóng)作物上。
蘇英華坦言，要真正實現(xiàn)“一個細胞變成一粒種子，再長成一個植株”在農(nóng)作物上的應用，還需要解決很多未知的難題，實現(xiàn)縮短育種周期、快速繁殖并減少耕地的使用，依然是未來努力的方向。
來源：大眾新聞·大眾日報
編輯：李新花 李婕寧
一審：賈春毅
二審：孫瑞永
三審：管延會
