山东农业大学揭示植物细胞全能性机制 为农业育种开辟新路径

农业科技领域,植物基础理论研究取得重要进展。山东农业大学张宪省、苏英华教授团队日前在国际顶级学术期刊《细胞》发表研究论文,系统解析了单个植物体细胞通过基因重编程发育为完整植株的分子机制。该成果入选年度十大科技新闻,意味着人类在理解植物生长关键机制上迈出实质性一步。植物细胞全能性理论自1902年提出以来,其作用机理一直未被完全阐明。研究团队通过长期实验发现,叶片气孔前体细胞特有的SPCH基因与人工诱导高表达的LEC2基因可共同形成“分子开关”——协同激活生长素合成通路——推动普通细胞转变为具备发育全能性的干细胞。该发现从分子层面回答了“单个细胞如何发育成完整植株”的核心问题。传统农业育种普遍面临周期长、效率不高的限制。以杂交育种为例,获得性状稳定的新品种通常需要8-10年。而基于该机制的新技术有望将育种周期压缩至1-2年:通过提取优良杂交后代的单个细胞直接诱导形成胚胎,实现无性繁殖的快速扩繁。由此不仅提升育种效率,也有助于固定杂种优势,减少优良性状代际传递中的分离与衰减。该技术的产业化应用空间也在显现。在实验室条件下,研究已实现绕过开花结果阶段、由体细胞直接发育为完整植株的突破,为探索新型无土栽培系统、提高土地利用效率提供技术支撑。研究团队正推动成果向小麦、玉米等主粮作物延伸,未来或可探索“细胞工厂”式的农业生产模式。值得关注的是,这项基础研究带来多上价值:既为保障粮食安全提供新的技术路径,也为应对气候变化背景下的农业生产风险储备关键手段。随着全球人口持续增长与耕地资源约束加深,此类突破的现实意义将更加突出。

从单个细胞到完整植株的“命运改写”,既关乎生命科学的基础问题,也回应农业现代化的现实需求;将百年难题落实为可验证的分子机制,是推动育种从“经验驱动”走向“机理驱动”的关键一步。面向未来,只有持续推进高质量基础研究、面向应用的工程化攻关以及产业协同创新,才能让科学成果更快转化为稳产增产与绿色发展的有效支撑。