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山东农业大学 - 《山东农大报》

植物界的“再生指挥官”被发现

李传友教授团队揭示植物再生新机制

作者:翟荣惠  赵伟烨    
2024-05-30     浏览(111)     (0)

5月22日,国际顶尖学术期刊《细胞》在线发表山东农业大学李传友教授团队在植物再生领域研究取得的重大突破:成功发现细胞受伤而产生的再生因子REF1是引发组织修复和器官再生的原初受伤信号分子,并在植物转基因、基因编辑领域有巨大应用价值。

在大自然中,无法移动的植物,在长期进化过程中形成了令人叹为观止的应对损伤的能力,它们不但能快速激活防御反应以抵御病虫侵害,还能轻松自如进行组织修复、器官乃至整个生命体的再生。

细胞损伤是触发动植物启动再生程序的原初物理诱因。但几个世纪以来,人们对损伤引发植物再生的原初信号及其转导机制知之甚少。因此,在《科学》杂志创刊125周年之际提出的125个人类未知的重大科学问题中,“是什么调控器官再生”被列为25个最重要的科学问题之一。

李传友团队长期以番茄为模式,用遗传学手段解析由植物系统性防御信号通路,获得了一系列系统素信号通路发生变化的番茄突变体。基于扎实丰富的科学数据,李传友提出,植物的受伤反应实际上是防御和再生两个密不可分而又相互作用的生理过程。

基于这一全新理念,团队从筛选具有防御缺陷的突变体入手,找到了在防御和再生方面同时表现缺陷的突变体spr9。研究发现,SPR9编码一个小肽的前体蛋白,敲除SPR9会番茄丧失愈伤组织形成和器官再生能力,而过量表达SPR9可显著提高番茄的再生能力,外源施加SPR9编码的小肽可以显著提高番茄的再生能力,因此团队将该小肽命名为再生因子REF1。

REF1的作用在植物界是保守的,几乎在所有双子叶植物和单子叶植物中都能找到对应的REF1小肽及其受体。但如何快速确定不同物种的再生因子,李传友提出,适应性补充机制同样适用于生长与再生,因而建立起了在不同物种中快速鉴定再生因子的方案。国内外多家科研单位的多项研究数据证实,外施REF1不仅可以显著提高番茄的再生能力和遗传转化效率,还可以将学界公认难以转化的大豆、小麦和玉米等作物的再生能力提高6倍至9倍,遗传转化效率提高4倍至5倍。

中国科学院院士许智宏和种康认为,该研究对细胞分化与再生领域的基础科学研究和生物技术应用都具有突破性意义,REF1的发现和利用,对我国用好基因编辑这把剑打赢种业翻身仗、加快国家生物育种产业化步伐意义重大。

该研究是山东省高校以通讯作者单位发表的首篇植物科学领域的《细胞》论文。目前,相关方法已申请国际PCT专利。