山农大团队揭示作物离体细胞胚性分化启动机理

单个体细胞如何成为整株植物？这在科学界被认为是人类至今未解的25大科学之谜之一。日前，山东农业大学农学院曾范昌科研团队在探索这个秘密的道路上取得重要进展。团队发现并破解了能量细胞器在介导细胞极性建立、细胞命运改变和全能性表达方面的重要调控作用，进一步揭示了细胞全能性与植株再生机理。3月7日，国际生物技术著名期刊《植物生物技术》（Plant BiotechnologyJournal）作为封面故事在线发表了该项科研成果。

据了解，目前，作物体胚发生过程中驱动全能性表达的细胞机器潜在的调控活动和规律鲜为人知，体细胞向胚性细胞转变过程中的细胞学调控基础尚不明晰。受其制约，在众多作物的组织培养、细胞与基因工程等生物技术应用过程中，诱导体细胞分化与植株再生的工作普遍存在盲目性，缺少高效精准的调节和控制技术。这也极大限制了现代细胞与基因工程在生物技术育种上的应用。

曾范昌团队基于早期挖掘出的棉花体胚发生相关蛋白，进一步探讨了脂质转运蛋白（SELTP）和相应的淀粉酶调控棉花离体细胞胚性分化启动的细胞学过程与生物学功能，鉴定出体细胞胚性起始再分化的分子与生化标记。研究发现，在体胚分化过程中，脂质转运蛋白特异性地定位于细胞器淀粉体质膜上，组装的淀粉质体细胞器构成了细胞中强大的能量电池。两个显著的细胞事件决定了体细胞向胚性细胞的转变：首先脂质转运蛋白（SELTP）组装的淀粉体介导了体细胞进行不对称分裂，建立细胞极性；随后细胞中的淀粉体被激增的淀粉酶裂解，淀粉质体电池急剧放电，驱动细胞启动全能性，促进细胞胚性分化与植株再生。该研究将为现代高效植物细胞工程与作物无性精准育种提供创新性理论依据，同时也为棉花等作物细胞工程中胚性细胞的早期鉴定诊断提供了分子与生化标记工具。

曾范昌教授为论文的通讯作者，郭慧慧博士为论文的第一作者。本研究得到了国家重点研究开发计划（2016YFD010306）、国家自然科学基金（31401428）和泰山学者人才工程（TSQN20161018）等项目的资助。