12月24日，由科技日報社主辦、部分兩院院士和媒體負責人共同評選的2025年國內十大科技新聞揭曉。由山東農業(yè)大學、荷蘭拉德堡德大學、基因組多維解析技術全國重點實驗室、北京華大生命科學研究院共同完成的“單個體細胞‘變’完整植株奧秘揭示”成功入選。

該研究破解了困擾科學界百年的植物細胞全能性機制之謎，相關成果已于今年9月16日發(fā)表于國際頂級學術期刊《細胞》（Cell）。

Cell

單個體細胞如何發(fā)育成完整植株？這個問題被《科學》雜志列為“最具挑戰(zhàn)的125個關鍵科學問題之一”。早在1902年，植物學家哈伯蘭特就提出植物細胞全能性概念，認為植物的每個細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“全能干細胞”，進而長成完整植株。120多年過去了，這一概念背后的機理始終未被揭示。

本次聯(lián)合研究團隊以擬南芥為研究對象，首次揭示了葉片氣孔前體細胞特有基因SPCH與人工誘導高表達基因LEC2的協(xié)同作用機制。這兩個關鍵基因如同“開關”， 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胞，“改造”成能夠發(fā)育成胚胎的全能干細胞，且這一過程完全繞過了傳統(tǒng)的愈傷組織階段，實現(xiàn)了從單個細胞到完整植株的“一步到位”，是真正意義上的“直接再生”。

為了看清植物細胞“返老還童”的全過程，研究團隊依托華大自主研發(fā)的單細胞組學技術DNBelab C4，對超過7萬個擬南芥細胞核進行了高通量測序，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。

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

中國科學院院士種康認為，該發(fā)現(xiàn)不僅深化了對植物細胞全能性機理的理解，也為破解農業(yè)生物技術長期存在的“再生瓶頸”開辟了新路徑。

未來，我們或許可以通過調控關鍵基因，實現(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業(yè)發(fā)展貢獻力量。

此次入選“2025年國內十大科技新聞”，是對該項目科學價值的高度認可，也是對跨機構協(xié)同創(chuàng)新模式的肯定。未來，華大將繼續(xù)深耕生命科學前沿，攜手全球科研合作伙伴，探索生命奧秘，為農業(yè)遺傳改良、人類健康等重大命題貢獻力量，推動基因科技造福人類。

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