原標(biāo)題：植物再生的“指揮官”找到了

來源：科技日報

原標(biāo)題：植物再生的“指揮官”找到了

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◎本報記者 王延斌 通訊員 翟榮惠

近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)教授李傳友團隊研究發(fā)現(xiàn)，因細(xì)胞受傷而產(chǎn)生的再生因子REF1，是引發(fā)組織修復(fù)和器官再生的原初受傷信號分子；它在植物再生中發(fā)揮了巨大作用。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。

中國科學(xué)院院士許智宏說，植物如何識別損傷刺激并啟動組織修復(fù)和器官再生過程，是植物生命科學(xué)領(lǐng)域長期懸而未決的問題。植物再生因子REF1的發(fā)現(xiàn)，為解答這一問題提供了重要線索。

中國科學(xué)院院士種康評價，該研究對細(xì)胞分化與再生領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)研究和生物技術(shù)應(yīng)用具有突破性意義。植物再生因子REF1的發(fā)現(xiàn)和利用，為我國用好基因編輯技術(shù)，打贏種業(yè)翻身仗、加快國家生物育種產(chǎn)業(yè)化步伐提供了重要支撐。

發(fā)現(xiàn)再生因子REF1

“在大自然中，植物經(jīng)常會被擠壓、被蟲咬，或者遭受病毒危害。科學(xué)家將這些統(tǒng)稱為機械性損傷。受傷后，植物不但能快速激活防御反應(yīng)以抵御侵害或防止感染，還能進行組織修復(fù)以及器官乃至整個生命體的再生。”李傳友介紹。

20世紀(jì)70年代，美國華盛頓州立大學(xué)教授克萊倫斯·雷恩在模式植物番茄中發(fā)現(xiàn)了植物對機械性損傷的系統(tǒng)性防御現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)小肽信號系統(tǒng)素和植物激素茉莉酸通過共同的信號通路來調(diào)控植物的系統(tǒng)性防御反應(yīng)。在接下來的幾十年，科學(xué)家對植物的系統(tǒng)性防御信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程進行了深入研究。相比之下，人們對植物受傷后如何啟動組織修復(fù)和器官再生知之甚少。

李傳友告訴記者，細(xì)胞損傷是觸發(fā)生命體（無論植物還是動物）啟動再生程序的原初物理誘因。因此，一定存在一種由細(xì)胞損傷誘發(fā)的信號分子，在再生過程中發(fā)揮重要作用。但對這種信號分子的化學(xué)本質(zhì)，人們卻無從知曉。

李傳友團隊長期以番茄為模式植物，用遺傳學(xué)手段解析植物的受傷反應(yīng)。他們創(chuàng)造性地提出，植物的受傷反應(yīng)實際上包括防御和再生兩個密不可分而又相互作用的生理過程。基于這一全新理念，他們從分析實驗室積累的防御缺陷突變體入手，鑒定到一個在防御和再生方面同時表現(xiàn)缺陷的番茄突變體spr9。基因克隆結(jié)果表明，基因SPR9編碼小肽SlPep的前體蛋白，敲除SPR9會使番茄喪失愈傷組織形成能力和器官再生能力，過量表達SPR9則可顯著提高番茄的再生能力。此外，外源施加SPR9編碼的小肽SlPep可以顯著提高番茄的再生能力。因此，團隊將這種充當(dāng)植物再生“指揮官”的小肽重新命名為再生因子REF1。

團隊研究證實，受體激酶PORK1是REF1的受體。當(dāng)植物發(fā)生細(xì)胞損傷時，REF1作為原初受傷信號分子被受體激酶PORK1識別，并轉(zhuǎn)錄激活下游細(xì)胞重編程關(guān)鍵調(diào)控因子SlWIND1，進而啟動植物的組織修復(fù)和器官再生進程。與此同時，SlWIND1結(jié)合到REF1前體基因的啟動子區(qū)激活其表達，從而產(chǎn)生更多再生因子REF1，放大REF1信號。

“這些結(jié)果表明，REF1以類似模式動物中細(xì)胞因子的作用方式，調(diào)控植物的再生過程。”李傳友說。

為植物育種提供新思路

植物的再生能力千差萬別，并且因基因型不同而有顯著差異，這嚴(yán)重制約著基因編輯等突破性技術(shù)在生物育種中的應(yīng)用潛力。如何通過一種簡單直接的方法提高植物的再生能力，一直是現(xiàn)代生物育種領(lǐng)域面臨的重大課題。

據(jù)了解，目前國際上大多采用共表達發(fā)育調(diào)控基因的策略來提高植物再生能力，但這種方法對提升作物遺傳轉(zhuǎn)化效率作用有限。李傳友團隊發(fā)現(xiàn)的再生因子REF1，不僅能成功克服上述局限，而且使用起來便捷高效。發(fā)現(xiàn)外源施加REF1可以顯著提高難以進行遺傳轉(zhuǎn)化的番茄品種再生能力及轉(zhuǎn)化效率后，團隊繼續(xù)在更多植物上試驗，并同時給多個研究團隊提供相應(yīng)物種的再生因子REF1，開展更廣泛的物種試驗。

REF1本質(zhì)上是一種小肽，即一種小的蛋白。其可以人工合成、外源施加，大幅提升轉(zhuǎn)化效率，而且不存在基因型依賴性。李傳友表示，再生因子REF1在小麥、玉米、大豆、土豆、向日葵以及果樹等多種植物中，都表現(xiàn)出極強的“戰(zhàn)斗力”。大豆、小麥和玉米等是公認(rèn)的難轉(zhuǎn)化作物，外源施用再生因子REF1后，其遺傳轉(zhuǎn)化能力提高了6—9倍，遺傳轉(zhuǎn)化效率提高4—5倍。

“原來我處理100個葉片，能長出20個新植株就不錯了。但是添加上這種小肽以后，我再做100個葉片，它可以再生出八九十個新植株。”團隊成員、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所博士研究生楊文韜舉例解釋。

目前，團隊已將再生因子REF1及其使用方法成功申請國際專利。

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