原標題：植物再生的“指揮官”找到了

來源：科技日報

原標題：植物再生的“指揮官”找到了

來源：科技日報

◎本報記者 王延斌 通訊員 翟榮惠

近日，山東農(nóng)業(yè)大學教授李傳友團隊研究發(fā)現(xiàn)，因細胞受傷而產(chǎn)生的再生因子REF1，是引發(fā)組織修復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。相關研究成果在線發(fā)表于國際學術期刊《細胞》。

中國科學院院士許智宏說，植物如何識別損傷刺激并啟動組織修復和器官再生過程，是植物生命科學領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。

中國科學院院士種康評價，該研究對細胞分化與再生領域的基礎科學研究和生物技術應用具有突破性意義。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，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以抵御侵害或防止感染，還能進行組織修復以及器官乃至整個生命體的再生。”李傳友介紹。

20世紀70年代，美國華盛頓州立大學教授克萊倫斯·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。在接下來的幾十年，科學家對植物的系統(tǒng)性防御信號轉(zhuǎn)導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和器官再生知之甚少。

李傳友告訴記者，細胞損傷是觸發(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，用遺傳學手段解析植物的受傷反應。他們創(chuàng)造性地提出，植物的受傷反應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。當植物發(fā)生細胞損傷時，REF1作為原初受傷信號分子被受體激酶PORK1識別，并轉(zhuǎn)錄激活下游細胞重編程關鍵調(diào)控因子SlWIND1，進而啟動植物的組織修復和器官再生進程。與此同時，SlWIND1結合到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。

“這些結果表明，REF1以類似模式動物中細胞因子的作用方式，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，這嚴重制約著基因編輯等突破性技術在生物育種中的應用潛力。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、中國科學院遺傳與發(fā)育生物學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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