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

然而，這一奇跡的背后，卻隱藏著一個(gè)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(dòng)魔法的“咒語”究竟是什么。

今天，這道魔咒終于被破譯。

北京時(shí)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京華大生命科學(xué)研究院組成的國際科研團(tuán)隊(duì)，首次成功解析了植物單個(gè)體細(xì)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(gè)關(guān)鍵基因，就能讓已經(jīng)分化的體細(xì)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(xì)胞》（Cell）。

Cell官網(wǎng)截圖

研究人員形象地將這一過程比喻為“細(xì)胞的身份重編程”。他們發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子LEC2和SPCH就像一對“基因開關(guān)”，一旦被同時(shí)按下，就能激活生長素合成通路，將一個(gè)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。更令人興奮的是，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(gè)細(xì)胞到完整植株的“一步到位”，是真正意義上的“直接再生”。

LEC2誘導(dǎo)的體細(xì)胞胚起源于單個(gè)子葉表皮細(xì)胞

那么，這對開關(guān)是如何發(fā)揮作用的？

為了看清細(xì)胞“返老還童”的全過程，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一次大規(guī)模的“細(xì)胞普查”。他們依托華大自主研發(fā)的單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)DNBelab C4，對超過7萬個(gè)擬南芥細(xì)胞核進(jìn)行高通量測序，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。

根據(jù)圖譜，他們首次發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵的“GMC-生長素中間狀態(tài)”。它就像細(xì)胞命運(yùn)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。

單細(xì)胞組學(xué)揭示LEC2誘導(dǎo)的細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變與向體細(xì)胞胚胎發(fā)生的譜系重編程

該研究不僅揭示了植物再生背后的細(xì)胞和分子機(jī)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(shí)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及深圳市優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01020-7?rss=yes

編輯：李麗