我国科学家攻克植物细胞全能性世纪难题 为农业育种开辟新路径

困扰学界百余年的植物细胞全能性之谜,正在山东得到逐步破解。

山东农业大学小麦育种全国重点实验室近日传来喜讯,该团队在国际顶级学术期刊《细胞》上发表最新研究成果,首次在全球范围内清晰揭示了单个植物体细胞发育为完整植株的全过程,这标志着困扰科学界超过一个世纪的难题取得实质性突破。

植物细胞全能性理论提出已有百余年历史,即单个植物细胞具有发育成完整植株的潜能。

然而,这一理论的内在机制长期笼罩在神秘面纱之中。

2005年,国际权威期刊《科学》将其列为全球125个世纪难题之一,足见其科学价值与研究难度。

正是在这一年,长期从事植物干细胞研究的张宪省决定率领团队,向这一科学堡垒发起挑战。

建立能够观察细胞命运转变的实验体系成为突破口。

研究团队以模式植物拟南芥为研究对象,用6年时间进行了十几万次实验,拍摄近四十万张照片,借助荧光标记等先进技术手段,终于首次清晰捕捉到单个植物细胞分裂、发育的完整过程,直观证实了植物细胞全能性确实起源于单个细胞,而非多个细胞的协同作用。

在此基础上,研究团队进一步利用单细胞转录组测序与活体成像等前沿生物技术,绘制出细胞命运转折的关键"岔路口":一条路径导向气孔形成,使命随之终结;另一条路径则转向全能干细胞状态,重启生命程序。

通过对海量基因数据的深度挖掘与加速筛选,团队最终锁定了两个核心基因,这两个基因犹如一对"钥匙",共同启动细胞的"重生"开关。

其中一个基因能够激发细胞长出胚胎,另一个基因则调控原本应发生气孔分化的过程,两者协同作用下促使生长素合成,从而完成细胞的全能性激活。

这一发现的应用前景极为广阔。

掌握了植物细胞全能性的调控机制,科研人员就能够精准控制这一生物学过程,实现作物优良品种的"快速复制"。

相比传统育种方式,这种基于细胞全能性的无性克隆繁殖技术能够完全保留亲本植株的所有优良性状,既保持抗性,又保证高产,同时大幅缩短育种周期。

更重要的是,这一技术能够根本解决杂交作物后代的"返祖"问题,确保杂交优势的代际稳定传递。

目前,山东农业大学研究团队已在小麦、玉米等主要农作物中开展验证实验,正在推动这项实验室成果向田间地头转化。

随着技术的不断完善与应用范围的扩大,这一突破有望为中国农业现代化提供新的技术支撑,在保障国家粮食安全方面发挥重要作用。

从一个细胞到一株作物,看似微观,却连接着国家粮食安全与农业高质量发展的宏观命题。

破解“植物重生”的密码,既是对科学边界的再推进,也是面向产业与民生的现实回应。

面向未来,唯有坚持长期主义,推动基础研究与应用转化同频共振,才能让更多“从0到1”的突破,转化为“从1到N”的产业动能与田间收成。