植物細胞如何從單個體細胞蛻變為完整植株？這一困擾科學界百余年的謎題，終于被中國科研團隊破解。著名學術期刊《細胞》近日在線發表了一項突破性成果，首次完整呈現了植物體細胞重編程為全能干細胞并發育成完整植株的全過程，為作物遺傳改良和高效再生技術提供了全新理論依據。

1902年，科學家首次提出“植物細胞全能性”概念，認為植物細胞可通過脫分化形成類似受精卵的全能干細胞，進而發育為完整植株。然而，這一過程的分子機制始終未被闡明。2005年起，山東農業大學科研團隊以擬南芥為模型，開啟了長達20年的探索。團隊先后建立了單個體細胞直接發育為胚胎的實驗技術體系，以及誘導單細胞起源的體細胞胚胎發生的穩定體系，并首次發現細胞全能性激活的關鍵在于大量生長素的積累。

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，科研人員首次捕捉到單個植物細胞的分裂全過程，直觀證實了植物細胞全能性的“單細胞起源”。這一發現回答了學術界長期存在的爭議：植物細胞是否真的能從單個細胞開始，獨立完成從體細胞到完整植株的蛻變。

研究進一步揭示，觸發細胞全能性的“分子開關”由兩部分組成：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。二者協同作用，如同轉動一把鎖需要兩把鑰匙，缺一不可。“這一機制解釋了為什么并非所有細胞都能激活全能性，只有特定基因組合才能開啟重編程過程。”團隊成員介紹。

科研人員完整記錄了細胞命運重塑的路徑，發現從“普通細胞”轉變為“全能干細胞”的關鍵過渡狀態下，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。這一過程類似于重新編程一臺計算機，通過改寫“基因代碼”改變細胞的發育方向。

該研究在國際上首次全面解析了單個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理。專家認為，這一成果不僅深化了對植物細胞全能性機制的理解，更為破解農業生物技術中的“再生瓶頸”提供了新路徑。目前，相關技術體系已在小麥、玉米和大豆等作物中展開實驗，有望推動作物遺傳改良和高效再生技術的突破。