科研新突破！中国科学家破解植物再生密码

xinwen.mobi · 发表于 2025-12-5 10:42:52

科研新突破：中国科学家发现植物再生的“时空密码”
细胞壁的“软硬”特性在科学家眼中不再是静态的外骨骼，而是像一套精密密码，通过mRNA“时间胶囊”的精准释放，决定植物干细胞何时分裂、何时分化。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员杨卫兵团队在国际权威学术期刊《科学》上发表了一项颠覆性发现，揭示了植物干细胞保持强大再生能力的关键机制。

研究颠覆了“细胞壁是植物细胞的被动外骨骼”这一传统认知，指出细胞壁的力学特性在干细胞调控中扮演着核心角色。

01 关键机制
植物为何能够持续不断地产生新的枝、叶、花与果实？杨卫兵团队研究发现，在植物茎尖干细胞区域，细胞壁的主要成分果胶呈现出独特的“二元分布”模式。

新形成的细胞横壁偏“软”，富含去甲酯化果胶；而成熟的细胞壁则更“硬”，以高度甲酯化的果胶为主。

这种“软硬兼备”的时空构型对维持干细胞微环境稳态至关重要，实际上是控制干细胞命运的一个“核心开关”，引导其在分裂、分化等不同状态间转换。

02 “时间胶囊”的发现
研究中最令人惊讶的发现，是团队找到了一个确保细胞壁精准调控的“时间胶囊”机制。

这个机制的关键在于mRNA（信使核糖核酸）的核内隔离现象。研究发现，PME5是负责催化果胶“软化”的关键酶。

但其信使RNA在转录后并不立即进入细胞质，而是被RNA结合蛋白“抓住”，在细胞核内“滞留”，形成一个与细胞周期同步的mRNA储备库。

只有当细胞分裂启动、核膜解体之际，这些被禁锢的mRNA才被同步释放，迅速翻译为功能蛋白，精准作用于新生细胞壁。

03 应用潜力与农业意义
这项研究不仅破解了基础科学问题，还为未来农业技术革新提供了关键的理论支撑。

杨卫兵团队已经在玉米、大豆、番茄等多种作物中发现了同样的调控机制。

中国科学院院士、分子植物卓越中心主任韩斌强调：“植物生长有其自身规律，我们只有知道了哪些环节‘可控’，才能进一步在特定条件下人工改造植物。”

基于“细胞壁精准设计”策略，该研究成果有望提升作物分生组织活性和产量潜力，为培育高产高效作物、保障国家粮食安全、助力“双碳”目标实现提供关键的理论支撑和技术路径。

04 另一项相关突破
值得注意的是，在植物细胞再生研究领域，中国科学家在今年九月已取得另一项重大突破。

山东农业大学张宪省教授和苏英华教授团队的研究成果，在全球首次完整揭示了单个植物体细胞如何发育为完整植株的全过程。

该团队研究发现，叶片气孔前体细胞特有的基因SPCH，与人工诱导高表达的基因LEC2，二者协同作用形成“分子开关”。

这项研究成果破解了困扰科学界的“植物细胞全能性”机制之谜，为作物遗传改良与高效再生提供了全新理论支撑。

值得注意的是，这项研究并非孤立的突破。在今年九月，中国科学家已经破解了困扰科学界百余年的“植物细胞全能性”机制之谜。

如果说山东农业大学的研究解决了“植物细胞能否重生”的问题，那么杨卫兵团队则揭示了“植物组织如何持续再生”的机制。

当被问及“细胞壁精准设计”何时能够真正应用于农业生产时，杨卫兵坦言：“从基础研究到应用落地需要时间和过程，但我们已经找到了通往这个未来的钥匙。”

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