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你见过多肉植物的“分身术”吗?摘下一片叶子,它能自己长出根、发出芽,最终变成一棵完整的新植株。这就是植物再生的神奇之处,当受到损伤后,能自我修复并长出新的组织或器官。
不止多肉,自然界中许多植物都有这种“超能力”。那么,是什么“信号”触发了再生?细胞里哪些基因在工作?这些基因又如何指挥植物完成“重生”?这正是山东农业大学郭慧慧教授团队专注研究的领域。
什么是植物再生?
植物再生的本质是体细胞通过脱分化和再分化,重新获得发育成完整植株的全能性。就像我们看到的多肉叶插,取下的叶子能通过再生长出根和芽,最终变成新植株。这一过程主要通过三种途径实现:组织修复(如伤口愈合)、器官从头发生(如扦插生根)和体细胞胚胎发生(如离体培养诱导胚状体)。
植物再生都研究什么?
郭慧慧教授的研究对象,主要是棉花、大豆这些和我们生活密切相关的经济作物。为什么选它们?因为植物再生技术在农业中用处十分广泛,比如果树嫁接、月季扦插,都是利用再生能力加速植物繁殖的传统技术。而现代研究则能走得更远,通过探索再生的分子机制,结合基因工程、细胞工程等生物技术,帮助培育更高产、更抗逆的作物品种。
不过,这种“给我一个细胞,还你一株植物”的生命奇迹,背后蕴含着复杂的分子调控机制,其中涉及激素信号、表观遗传和细胞间通讯等多层次网络。而郭慧慧团队的突破,就在于找到了其中的关键“指挥官”——脂类转运蛋白(SELTP)。
1.“快递员”SELTP:定方向、供能量
SELTP藏在棉花细胞的淀粉体质膜上。淀粉体就像细胞里的“能量电池”,而SELTP能让这个“电池”发挥大作用:它会先帮助体细胞完成不对称的分裂,让细胞长出不同的结构,就像给细胞定好“上下前后”的方向。之后,细胞里的淀粉酶会激活这个“能量电池”,让淀粉体释放能量,推动体细胞启动“全能性”,也就是开启长成完整植株的程序。
2. 信号传递“接力赛”:一传十、十传百
更巧妙的是,SELTP还能通过细胞间的通道(胞间连丝)来传递信号。就像孙悟空拔一根汗毛变出一群小猴子,当一个细胞启动再生后,SELTP会把信号传给周围的细胞,让它们同步行动,一起形成能发育成新植株的“愈伤组织”。团队还发现,另一个蛋白CAM1 会和 SELTP配合,通过调整钙信号来控制再生程序的启动与停止,确保信号传递又快又准。
这些发现让科学家第一次看清,棉花细胞的再生不是“孤军奋战”,而是“能量供应”和“信号传递”协同的结果,SELTP就是这场协作中的关键“指挥官”。
这些研究成果为什么如此重要?
搞懂植物再生的机制,对农业育种来说意义重大。
一方面,SELTP和相关基因的发现,让科学家能通过基因工程等技术,更精准地调控植物再生过程,提高棉花、大豆的再生效率。比如让体细胞更快形成愈伤组织、同步发育,减少培育过程中的等待时间。另一方面,传统育种要等作物一代代生长、观察,周期可能长达10年。这些研究则为作物细胞工程、无性育种提供了理论依据。就像给育种家一把“精准钥匙”,能更快筛选出高产、抗病虫害的好品种,缩短育种周期,让优良作物更快走进田间。
植物再生,这个植物与生俱来的能力,正在科学家的探索下成为农业创新的利器。从一片叶子的重生,到更快培育出优质作物,解开植物再生的奥秘,能够让农业育种跑得更快,为人类的餐桌带来更多优质的农产品。
策划:谢芸
文案:谢芸 李怡霏(实习)
审核专家:郭慧慧 山东农业大学教授、博士生导师