缩短育种周期 改写未来农业 ——揭秘山农大团队揭示单个体细胞“变”完整植株

        □ 本报记者 刘姝彤

        2025年12月，山东农业大学成果“单个体细胞‘变’完整植株奥秘揭示”入选年度国内十大科技新闻，这不仅是当年榜单中唯一的生物学入选项目，更被视为解开植物生长“黑匣子”的关键钥匙。

        此前，山东农业大学张宪省教授和苏英华教授研究团队的这一成果曾在国际著名学术期刊《细胞》上发表，首次完整揭示了单个植物体细胞通过基因重编程“改变命运”，最终发育为完整植株的全过程。

        “我们解决的是普通植物体细胞发育成一粒种子背后的分子机制问题。”苏英华说。

        对于农业科学而言，植物细胞全能性是一个既基础又核心的概念。早在1902年，科学家们就发现了植物细胞全能性现象：植物的每一个细胞都包含着遗传密码，拥有长成完整植株的潜能。然而，理论虽然存在，潜能背后的分子机制究竟是什么，困扰了科学家百年之久。2005年，张宪省、苏英华团队踏上了探索“单个体细胞如何发育成完整植株”的道路，一走就是二十年。

        2009年，团队首次在拟南芥中发现，大量生长素的积累是细胞全能性激活的“开关”；2011年，团队发现存在一种诱导因子使得幼苗叶片表面单个细胞直接长出胚胎结构。这些发现虽然令人振奋，但距离完全揭示“变身”机制仍差“临门一脚”。

        经过多年反复的实验与验证，团队终于在最新的研究中找到了那两把至关重要的“钥匙”：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。触发细胞全能性并非单一基因的独角戏，而是一场精密的协同作战，二者协同作用形成“分子开关”，激活生长素合成通路，让生长素特异性大量积累，致使气孔前体细胞成为能够孕育新生命的全能干细胞。张宪省说，这就像转动一把复杂的锁，必须两把钥匙同时插入、同时转动，缺一不可。

        基础理论的突破，在农业生产实践中有着不可估量的应用价值。“在实验室的培养环境下，一个普通的植物体细胞可以直接变为一粒种子，进而长成完整植株。这个过程完全跳过了传统植物开花结果的自然阶段，未来极有可能在无土栽培技术、减少耕地占用等方面发挥重要作用。”苏英华说。

        同时，该技术在固定杂种优势方面展现出巨大潜力。在传统的农作物杂交育种中，想要获得一个既高产又抗逆的新品种，往往需要耗费8到10年的时间进行多代筛选和稳定。而如果植物体细胞能直接发育为胚胎，育种的时间成本将大大压缩。“只需一到两年拿到预期的杂合后代，取其一个体细胞进行培育，两三个月就能获得无性繁殖的下一代，一到两年便可完成整个品种的选育过程，这是现阶段我们努力的方向。”苏英华说，团队的最终目标是将这套理论迁移到小麦、大豆、玉米等主要农作物上。

        苏英华坦言，要真正实现“一个细胞变成一粒种子，再长成一个植株”在农作物上的应用，还需要解决很多未知的难题，实现缩短育种周期、快速繁殖并减少耕地的使用，依然是未来努力的方向。