我国科学家破解植物细胞全能性世纪难题 农业基础研究取得里程碑式突破

1月22日,国务院新闻办公室举行新闻发布会,介绍加快农业农村现代化、扎实推进乡村全面振兴的相关工作。

农业农村部科学技术司司长周云龙在阐述农业科技现代化进展时,特别强调了山东农业大学在基础研究领域取得的重大突破,充分肯定了这一成果对我国农业科技发展的重要意义。

山东农业大学张宪省、苏英华教授团队的研究成果,已在全球顶级学术期刊《细胞》上在线发表。

该研究首次完整揭开了单个植物体细胞通过基因重编程发育为完整植株的全过程,破解了植物细胞全能性的分子机理这一困扰科学界超过120年的核心难题。

中国科学院院士种康评价,这项成果标志着中国在植物发育和生物技术研究领域为世界作出了里程碑式的贡献。

植物细胞全能性概念自1902年被提出以来,一直是农业科学领域的基础且核心的学术命题。

植物每个细胞都包含完整的遗传密码,理论上具备长成完整植株的潜能,但这一潜能背后的分子机制长期是科学谜团,甚至被《科学》杂志列为本世纪最具挑战性的科学问题之一。

张宪省、苏英华团队从2005年起开始探索这一难题,历经二十年的不懈钻研。

团队通过系统研究先后发现,生长素积累是细胞全能性激活的"开关",特定诱导因子可促使单个细胞长出胚胎结构。

经过十几万次的实验验证,团队最终找到了两把"关键钥匙"——叶片气孔前体细胞特有基因SPCH与人工诱导高表达基因LEC2。

这两个基因协同形成"分子开关",使普通细胞转变为全能干细胞,实现了从无需外界诱导、从头再造生命的质的突破。

相比传统组织培养需先形成"愈伤组织"再拼装植株的方式,该团队发现的新路径实现了根本性的突破。

植物子叶表皮细胞可在体内特定条件下直接重置身份,无需外界人工诱导即可成为全能干细胞。

这一过程如同让普通细胞回溯到种子的起点,实现从头再造生命,而非简单的"复制拼装"。

团队更是首次在单细胞层面捕捉到了整个分裂过程,直观证实了植物细胞全能性的单细胞起源。

基础理论的突破为农业生产开辟了广阔的应用前景。

在实验室的培养环境下,一个普通的植物体细胞可以直接变为一粒种子,进而长成完整植株。

这个过程完全跳过了传统植物开花结果的自然阶段,为无土栽培技术、减少耕地占用等领域的发展提供了新的可能性。

在农作物育种实践中,这一发现的应用潜力尤为突出。

传统杂交育种培育一个高产抗逆的新品种往往需要8到10年。

而利用新的理论基础,只需一到两年拿到预期的杂合后代,取其一个体细胞进行培育,两三个月就能获得无性繁殖的下一代,一到两年便可完成整个品种的选育过程。

目前,团队正全力将这套理论迁移到小麦、玉米、大豆等主要农作物上。

山东农业大学这一重大突破并非孤立的科研成就,而是山东农业科技创新实力的集中体现。

作为全国农业大省,山东已构建起全方位的农业科技创新体系,整体能力稳居全国第一梯队。

数据显示,山东农业科技进步贡献率达67.4%,比全国平均水平高4个百分点。

农作物耕种收综合机械化率达到91%,较全国平均水平高出16个百分点。

主要农作物良种覆盖率超过98%。

强大的创新实力源于坚实的基础支撑。

山东拥有32所农业科研院校,覆盖300多个农业相关学科,汇聚了9位住鲁两院院士、678名泰山系列领军人才,形成了从顶尖专家到"土专家""田秀才"的完整人才梯队。

在种业创新领域,山东表现尤为突出,3个小麦品种、1个玉米品种、1个大豆品种、3个花生品种进入全国推广面积前十。

祖代肉鸡占全国33%,大菱鲆苗种更是占据全国90%的市场份额。

山东还着力强化创新主体培育与成果转化。

目前已培育国家农作物育繁推一体化种业企业18家、农业科技领军企业8家,舜丰生物、青岛清原等企业已成长为行业龙头,形成了科研成果快速转化、产业化应用的有效机制。

农业现代化的推进,离不开“从田间到实验室、再回到田间”的闭环创新。

一次被点名表扬的科研突破,折射的是更深层的规律:只有把原始创新的“深水区”探索做扎实,把成果转化的“高速路”打通,把人才、平台与产业协同的“生态圈”建强,才能让更多关键技术不断涌现、持续落地,真正转化为端稳中国饭碗的确定性力量。