誰鎖住了千年“生命火種”？上海科學家十年揭祕，登上《科學》

楊衛兵研究員（中）和論文主要作者朱先苗（右）、陳興（左）觀察植物幹細胞

爲何有些植物壽命可長達千年，種子沉睡千年也能萌發？這種綿延不絕的生命力源於一類核心的細胞羣——植物幹細胞。那麼，植物是如何讓其幹細胞長期維持強大再生能力的？今天凌晨，國際權威學術期刊《科學》發表來自上海的研究成果，科學家解開了其中的謎團，將爲提高作物產量、改良果蔬品質、增強林木環境適應性開闢全新的理論框架與技術途徑。

植物幹細胞堪稱“頭髮絲上的生長宇宙”，在植物莖頂端、根尖等“生長中樞”所佔區域直徑不到0.1毫米，卻可使植物在整個生命週期中都持續抽枝、發芽、開花。而且，它們如同放置於時間膠囊中一般，不懼歲月風霜，相時而動，展現生機。

植物細胞與動物細胞的最大區別就是擁有細胞壁，會不會奧祕就藏在細胞壁中？爲此，從2014年起，論文通訊作者、中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員楊衛兵開始了長達十年的探索之路——在英國攻讀劍橋大學博士後探索6年，來到上海建立獨立研究組又進行4年系統性研究，他終於帶領團隊解開了這個謎團。

“我們發現，植物幹細胞的細胞壁有着一套與衆不同的‘二元密碼’。”楊衛兵說，他們在微小的分生組織內，觀察到植物幹細胞的細胞壁內，果膠會有兩種不同的修飾形態——在成熟細胞壁中，果膠呈現硬硬的高度甲酯化狀態；而在新生細胞壁中，果膠則是軟軟的去甲酯化狀態。

細胞壁與植物幹細胞命運決定。左圖顯示擬南芥花序和莖頂端分生組織。洋紅色標記細胞壁，綠色指示正在分裂的幹細胞。右圖爲植物初生細胞壁結構示意圖。

是誰讓果膠發生了改變？原來，植物幹細胞的細胞核內，有一種專門負責給“軟化”細胞壁的酶（PME5）傳遞消息的mRNA。當外界條件適宜植物生長時，mRNA就會被釋放到細胞質中，讓PME5去軟化細胞壁，從而開啓細胞分裂生長的過程。

PME5轉錄本（mRNA）的細胞覈定位

“這個傳遞信號的過程非常短，通常只有幾百毫秒。”楊衛兵解釋，這也是爲何過去科學家一直沒發現這個神奇的過程。他們利用分子植物創新中心的高端儀器平臺，清楚“看”到了mRNA從細胞核跑去“傳令”的過程。

根據經典的生命中心法則，mRNA在細胞核裏被合成出來後，就都被趕去細胞質。“但這種mRNA卻被發現滯留在細胞核裏，或許中心法則也有例外。”楊衛兵覺得，這或許會爲人類研究RNA的行爲打開一個新的視角。

不過，又是誰把mRNA“鎖”在細胞核內？研究團隊又開展了一場艱苦的“海選”，最終找到了核內RNA結合蛋白RZ-1B/1C。又經過長達數月的投稿和修改，論文終於在今天凌晨發表。

植物幹細胞在細胞壁的軟硬轉換間，完美保存了“生命火種”，而這一機制在玉米、大豆、番茄等重要作物中廣泛存在。因此，未來育種家或可像編程一樣，通過對細胞壁的精準設計，優化作物的幹細胞活性，讓植物產出更飽滿的穗、更大的果實。

更值得一提的是，植物細胞壁還是地球上規模最大、儲量最驚人的生物質形式，其儲碳量是整個人類的7500倍。因此，若可實現細胞壁的精準調控，讓植物長得更大、更繁茂，未來還可大幅提升植物固碳能力，爲碳中和做出貢獻。