柳枝插土成樹，葉片落地生根。植物強大的再生能力令人驚嘆，甚至，一個已經(jīng)分化、“各司其職”的普通植物細胞，都能被誘導(dǎo)，獨自長成一個完整的生命體。

然而，這一奇跡的背后，卻隱藏著一個巨大的科學(xué)“黑箱”——我們只知道魔法可能發(fā)生，卻始終不清楚啟動魔法的“咒語”究竟是什么。

今天，這道魔咒終于被破譯。

北京時間9月16日，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)全國重點實驗室、北京華大生命科學(xué)研究院組成的國際科研團隊，首次成功解析了植物單個體細胞如何“返老還童”，重獲胚胎發(fā)育全能性的完整過程。研究人員發(fā)現(xiàn)，只需激活兩個關(guān)鍵基因，就能讓已經(jīng)分化的體細胞“逆天改命”，直接發(fā)育成完整的植株！相關(guān)研究發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《細胞》（

Cell

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研究人員形象地將這一過程比喻為“細胞的身份重編程”。他們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子

LEC2

SPCH

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那么，這對開關(guān)是如何發(fā)揮作用的？

為了看清細胞“返老還童”的全過程，研究團隊進行了一次大規(guī)模的“細胞普查”。他們依托華大自主研發(fā)的單細胞組學(xué)技術(shù)DNBelab C4，對超過7萬個擬南芥細胞核進行高通量測序，最終繪制出一幅詳細的細胞“重生”路線圖——也就是細胞在“重生”過程中的精確基因表達圖譜。

根據(jù)圖譜，他們首次發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵的“GMC-生長素中間狀態(tài)”。它就像細胞命運的“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，細胞的命運軌跡產(chǎn)生了分岔，為全能性的建立打開了大門。

單細胞組學(xué)揭示

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該研究不僅揭示了植物再生背后的細胞和分子機制，更為作物遺傳改良、再生農(nóng)業(yè)提供了全新的理論支持和技術(shù)路徑。未來，我們或許可以通過調(diào)控關(guān)鍵基因，實現(xiàn)作物優(yōu)良品種的“快速克隆”，縮短育種周期。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)唐麗蘋副教授、翟立明博士、高月博士與北京華大生命科學(xué)研究院李紀(jì)明博士為該研究共同第一作者；山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張憲省教授、蘇英華教授，荷蘭拉德堡德大學(xué)須健教授與基因組多維解析技術(shù)全國重點實驗室夏科科副研究員為共同通訊作者。本研究獲得了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、荷蘭科學(xué)研究組織、國家重點研發(fā)計劃及深圳市優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)項目等多個項目的支持。

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