植物細胞如何從單個細胞發育成完整植株？這一困擾科學界百余年的難題，近日由中國科研團隊取得重大突破。著名學術期刊《細胞》在線發表了山東農業大學張憲省教授團隊的最新研究成果，首次完整解析了植物體細胞重編程為全能干細胞并再生完整植株的分子機制，為作物遺傳改良和高效再生技術提供了全新理論支撐。

自1902年“植物細胞全能性”概念提出以來，科學家們一直試圖解開植物細胞如何脫分化形成類似受精卵的全能干細胞，并最終發育為完整植株的謎題。然而，其背后的分子調控機制始終未被完全闡明。張憲省教授團隊自2005年起，以模式植物擬南芥為研究對象，經過20年持續攻關，構建了單個體細胞直接發育成胚胎的實驗技術體系，并建立了誘導單細胞起源的體細胞胚胎發生的穩定體系。

研究首次發現，細胞全能性的激活依賴于大量生長素的積累，這一發現為理解細胞命運轉變提供了關鍵線索。通過應用掃描電鏡、單細胞測序、顯微切割轉錄組測序和活體成像等前沿技術，科研人員成功捕捉到單個植物細胞分裂的全過程，直觀證實了植物細胞全能性的“單細胞起源”，回答了學術界長期存在的爭議。

進一步研究揭示，觸發細胞全能性的“分子開關”由葉片氣孔前體細胞特有的基因SPCH和人工誘導高表達的基因LEC2協同作用形成。張憲省教授形象地比喻：“這就像轉動一把鎖需要兩把鑰匙，缺一不可。”這一發現為精準調控細胞命運提供了新的靶點。

團隊成員、山東農業大學蘇英華教授介紹，研究完整記錄了細胞命運重塑的路徑，并揭示了關鍵的命運分岔點。在從普通細胞轉變為全能干細胞的過程中，細胞發生了深度的染色質重塑，大量原本沉默的基因被逐步激活，細胞命運軌跡由此產生分岔，為全能性的建立打開了大門。

中國科學院院士種康評價，該研究不僅深化了對植物細胞全能性機理的理解，更為破解農業生物技術長期存在的“再生瓶頸”開辟了新路徑。目前，該技術體系已在小麥、玉米和大豆等作物中展開實驗，有望為作物遺傳改良和高效再生提供新的解決方案。