研究核心突破 - 在全球首次完整揭示了单个植物体细胞发育为完整植株的全过程 破解了“植物细胞全能性”机制之谜 [1] - 在国际上首次明确了植物全能干细胞的起源 并全面解析了其重编程形成全能干细胞并再生完整植株的分子机理 [1][3] - 该发现被评价为重大的突破性进展 为破解农业生物技术长期存在的“再生瓶颈”开辟了新路径 [1][3] 科学问题与背景 - 研究解决了被《科学》杂志列为最具挑战的125个关键科学问题之一的世纪难题 即单个体细胞如何发育成完整植株 [1] - 植物细胞全能性指植物细胞可脱分化形成全能干细胞 进而发育为完整植株 其核心秘密一直未被揭露 [1][2] 关键技术发现 - 找到了触发细胞全能性的“关键钥匙” 即叶片气孔前体细胞特有基因SPCH与人工诱导高表达基因LEC2协同作用形成的“分子开关” [3] - 首次发现细胞全能性激活的“开关”是大量生长素的积累 并揭示了关键的命运分岔点 [2][3] - 科研人员将关键过渡状态命名为“GMC-auxin”中间态 在此状态下细胞发生深度染色质重塑 大量沉默基因被激活 [3] 研究方法与历程 - 研究团队以拟南芥为模型 开启了一场持续20年的科研马拉松 [2] - 团队构建了单个体细胞直接发育成胚胎的实验技术体系和诱导单细胞起源的体细胞胚胎发生稳定体系 [2] - 利用扫描电镜 先进的单细胞测序 显微切割转录组测序与活体成像等前沿技术 首次捕捉到单个植物细胞的分裂全过程 [2] 应用前景 - 研究成果为作物遗传改良与高效再生提供了全新理论支撑 [1] - 该体系目前在小麦 玉米和大豆等作物的实验正同步推进 [3]