12月24日，由科技日報社主辦、部分兩院院士和媒體負(fù)責(zé)人共同評選的2025年國內(nèi)十大科技新聞揭曉。由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、荷蘭拉德堡德大學(xué)、基因組多維解析技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京華大生命科學(xué)研究院共同完成的“單個體細(xì)胞‘變’完整植株奧秘揭示”成功入選。

該研究破解了困擾科學(xué)界百年的植物細(xì)胞全能性機(jī)制之謎，相關(guān)成果已于今年9月16日發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）。

Cell

單個體細(xì)胞如何發(fā)育成完整植株？這個問題被《科學(xué)》雜志列為“最具挑戰(zhàn)的125個關(guān)鍵科學(xué)問題之一”。早在1902年，植物學(xué)家哈伯蘭特就提出植物細(xì)胞全能性概念，認(rèn)為植物的每個細(xì)胞均包含該物種全部遺傳信息，在適宜條件下，可以發(fā)育成“全能干細(xì)胞”，進(jìn)而長成完整植株。120多年過去了，這一概念背后的機(jī)理始終未被揭示。

本次聯(lián)合研究團(tuán)隊以擬南芥為研究對象，首次揭示了葉片氣孔前體細(xì)胞特有基因SPCH與人工誘導(dǎo)高表達(dá)基因LEC2的協(xié)同作用機(jī)制。這兩個關(guān)鍵基因如同“開關(guān)”， 一旦被同時按下，就能激活生長素合成通路，將一個原本注定發(fā)育成氣孔的普通體細(xì)胞，“改造”成能夠發(fā)育成胚胎的全能干細(xì)胞，且這一過程完全繞過了傳統(tǒng)的愈傷組織階段，實(shí)現(xiàn)了從單個細(xì)胞到完整植株的“一步到位”，是真正意義上的“直接再生”。

為了看清植物細(xì)胞“返老還童”的全過程，研究團(tuán)隊依托華大自主研發(fā)的單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)DNBelab C4，對超過7萬個擬南芥細(xì)胞核進(jìn)行了高通量測序，最終繪制出一幅詳細(xì)的細(xì)胞“重生”路線圖——也就是細(xì)胞在“重生”過程中的精確基因表達(dá)圖譜。

基于這個圖譜，研究團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵的“GMC-生長素中間狀態(tài)”。這就像細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變的“十字路口”，不僅富含生長素，還發(fā)生了深度的染色質(zhì)重塑，大量沉睡的基因被逐步喚醒。正是在這里，細(xì)胞的命運(yùn)軌跡產(chǎn)生了分岔，為全能性的建立打開了大門。

中國科學(xué)院院士種康認(rèn)為，該發(fā)現(xiàn)不僅深化了對植物細(xì)胞全能性機(jī)理的理解，也為破解農(nóng)業(yè)生物技術(shù)長期存在的“再生瓶頸”開辟了新路徑。

未來，我們或許可以通過調(diào)控關(guān)鍵基因，實(shí)現(xiàn)作物優(yōu)良品種的“快速克隆”，縮短育種周期，為保障糧食安全與推動再生農(nóng)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

此次入選“2025年國內(nèi)十大科技新聞”，是對該項(xiàng)目科學(xué)價值的高度認(rèn)可，也是對跨機(jī)構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新模式的肯定。未來，華大將繼續(xù)深耕生命科學(xué)前沿，攜手全球科研合作伙伴，探索生命奧秘，為農(nóng)業(yè)遺傳改良、人類健康等重大命題貢獻(xiàn)力量，推動基因科技造福人類。

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