在植物科學領域，一個困擾學界百余年的核心問題——“單個體細胞如何發育成完整植株”，終于迎來重大突破。由山東農業大學張憲省教授和蘇英華教授領銜的研究團隊，首次完整解析了植物體細胞通過基因重編程實現“命運逆轉”的分子機制，相關成果于國際頂級學術期刊《細胞》在線發表。

這一發現源于對植物細胞“再生”能力的深度探索。自1902年“植物細胞全能性”概念提出以來，學界已知植物細胞具有脫分化形成全能干細胞并發育為完整植株的特性，但其分子調控網絡始終未被破解。研究團隊以擬南芥為模型，歷經20年攻關，通過構建單細胞誘導體系，首次捕捉到單個細胞分裂形成胚胎的全過程：從1個細胞分裂為2個，再以“3個一組”的特殊模式逐步形成12個細胞的胚體，證實了植物細胞全能性的“單細胞起源”。

研究的關鍵突破在于發現了觸發細胞全能性的“分子開關”。團隊通過單細胞測序和活體成像技術發現，葉片氣孔前體細胞特有的基因SPCH與人工誘導高表達的基因LEC2協同作用，激活生長素合成通路，導致生長素特異性積累。這種積累使前體細胞脫離氣孔發育路徑，轉而成為全能干細胞。研究人員將這一關鍵過渡狀態命名為“GMC-auxin”中間態，在此狀態下細胞發生深度染色質重塑，大量沉默基因被激活，為全能性建立打開通道。

實驗進一步證明，阻斷細胞內源生長素合成會使重編程過程完全停滯，而單純添加外源激素無法替代這一過程。這表明只有細胞自主合成并積累的生長素信號，才能真正觸發全能性。《細胞》雜志審稿人評價該研究“首次定義了氣孔前體細胞向全能干細胞轉變的分子路徑”，為理解植物再生潛能提供了重要理論支撐。

這項突破不僅具有理論價值，更在農業生產中展現出廣闊前景。研究團隊正在小麥、玉米和大豆等作物中驗證該體系，試圖通過精準調控細胞全能性實現作物優良品種的“快速克隆”。以水稻為例，傳統雜交育種需8-10年，即使采用南繁技術縮短周期，仍需4-5年。而結合單細胞“再生”方法，可在實驗室完成雜交優勢后代的無性繁殖，大幅縮短育種周期。

“就像孫悟空拔猴毛變猴子，看似簡單，但揭示其機制卻需要長期探索。”張憲省教授比喻道。研究團隊自2005年起以擬南芥為模型，2009年發現生長素積累是細胞全能性激活的“開關”，2011年通過意外發現建立單細胞誘導體系，最終在2024年完成分子機制解析。這一歷程印證了基礎研究的長期性與重要性。

目前，該技術已進入作物應用實驗階段。研究人員表示，這將為珍稀植物種質資源保護、植物合成生物學提供新工具，同時助力我國種業自主創新。“種子是農業的‘芯片’，必須掌握在自己手中。”張憲省教授強調，通過中國科學家的自主創新，有望為保障國家糧食安全注入新動力。