在植物生命科學領域有一個懸而未決的世界難題——“單個體細胞如何發育成完整植株”這一問題早在2005年就被國際著名學術期刊《科學》（Science）在其創刊125周年時列為最具挑戰的125個關鍵科學問題之一近日，這道世紀之問終於迎來了來自中國科學家的答案山東農業大學張憲省教授和蘇英華教授研究團隊首次完整揭示了單個植物體細胞如何通過基因重程式設計“改變命運”，最終發育為完整植株的全過程。該成果不僅破解了困擾科學界百餘年的“植物細胞全能性”機制之謎，也為作物遺傳改良與高效再生提供了全新理論支撐。9月16日，這一成果在國際著名學術期刊《細胞》（Cell）線上發表。一個細胞如何“重啟”生命程序？1902年，“植物細胞全能性”概念被提出，即植物細胞可脫分化形成類似受精卵的全能幹細胞，進而發育為完整植株。這一現象廣泛存在於植物界，包括農作物、木本植物，但其背後的分子機制始終未解。論文通訊作者張憲省教授介紹，較動物細胞而言，植物細胞具有更強的發育可塑性，在一定條件下，它們無需受精就能發育成胚胎，這種現象被稱為“體細胞胚胎發生”。植物細胞還有著獨特的“再生”能力，例如，葉片的體細胞在經歷重程式設計過程後，能夠回歸到原始的幹細胞狀態，並進一步進入“體細胞胚胎發生”階段，最終再生為一株完整的植株。這一“再生”現像在快繁、生物技術育種、脫毒培養等農業生產中具有極為重要的應用價值。而植物體細胞經過重程式設計，從“普通細胞”轉變為“全能性胚胎”的核心秘密一直未被揭露。“就像一片葉子本應永遠是葉子，但它卻能‘變身’為一株株新植物，這種‘命運逆轉’如何發生？”論文通訊作者之一、山東農業大學長江學者特聘教授蘇英華道出研究初衷。自2005年起，團隊在張憲省教授指導下，以擬南芥為模型開啟探索，一場持續20年的科研“馬拉松”就此展開。從偶然發現到完美體系研究初期，團隊面臨的最大挑戰是建構單個體細胞直接發育成胚胎的實驗技術體系。2009年，團隊首次在擬南芥中發現，大量生長素的積累是細胞全能性啟動的“開關”，相關成果發表於《Plant Journal》。2011年，一次意外的發現使得研究迎來轉折，一種誘導因子使得幼苗葉片表面直接長出胚胎結構，這種體細胞胚竟然直接來源於葉片表面的單個細胞。這一偶然現象讓蘇英華教授意識到，無需愈傷組織過渡，成熟葉片細胞可直接被誘導為胚胎。為重現這一現象，蘇英華教授帶領學生“像重啟實驗一樣”經過反覆驗證，他們終於建立了“誘導單細胞起源的體細胞胚胎發生”穩定體系。蘇英華教授介紹，下一個難題是尋找全能幹細胞的分子標記，經過反覆驗證試驗，終於發現了只在全能幹細胞中發光的螢光標記。體細胞胚來源於單個全能幹細胞氣孔前體細胞中積累生長素後轉變為全能幹細胞有了穩定的誘導體系和全能幹細胞標記，打開了該項研究的大門。應用掃描電鏡及雷射共聚焦活體成像等技術，首次捕捉到單個植物細胞的分裂全過程：從1個細胞分裂為2個，再以“3個一組”的特殊模式逐步形成12個細胞的胚體，直觀證實了植物細胞全能性的“單細胞起源”，有力回答了學術界長期存在的疑惑。兩個關鍵基因如何“點亮”全能性？團隊通過深入研究，找到了觸發細胞全能性的“關鍵鑰匙”：葉片氣孔前體細胞特有的基因SPCH，與人工誘導高表達的基因LEC2，二者協同作用形成“分子開關”。“就像轉動一把鎖需要兩把鑰匙，缺一不可。”張憲省教授形象比喻。論文第一作者唐麗蘋副教授介紹，體細胞胚來源於單個的全能幹細胞，原本註定要發育成氣孔的“前體細胞”，在全能性調控因子LEC2與氣孔發育關鍵因子SPCH的協同作用下，啟動生長素合成通路，導致生長素特異性大量積累，致使前體細胞脫離“氣孔發育之路”，轉而成為能夠孕育新生命的全能幹細胞。氣孔前體細胞的兩條發育路徑利用先進的單細胞測序、顯微切割轉錄組測序與活體成像等前沿技術，團隊完整記錄了細胞命運重塑的完整路徑，揭示了關鍵的命運分岔點：一條路徑是氣孔前體細胞繼續分化為氣孔；另一條路徑是在大量合成內源生長素的推動下，單個體細胞被重程式設計為全能幹細胞，走上胚胎發育之路。模式圖展示氣孔前體細胞的兩條發育路徑研究人員將這一關鍵過渡狀態命名為“GMC-auxin”中間態。在這一狀態下，細胞發生了深度的染色質重塑，大量沉默的基因被逐步啟動，細胞命運軌跡由此產生分岔，為全能性的建立打開了大門。進一步的實驗表明，阻斷細胞內源生長素合成會使這一重程式設計過程完全停滯，體細胞胚胎無法形成；而單純加入外源激素也無法替代這一過程，說明只有細胞自主合成並積累的生長素訊號，才能真正觸發全能性的開啟。更為重要的是，該研究在世界上首次全面解析了單個植物體細胞重程式設計形成全能幹細胞並再生完整植株的分子機理：在GMC-auxin中間態下，大量轉錄因子形成高度耦合的調控網路，進而啟動下游的胚胎發生程序。植物體細胞重程式設計形成全能幹細胞的分子調控網路《Cell》雜誌審稿人認為，該研究揭示的GMC-auxin中間態是“令人興奮的突破”，首次定義了氣孔前體細胞向全能幹細胞轉變的分子路徑，原創性強，意義重大，為理解植物體細胞發育命運改變和再生潛能提供了強有力的科學支撐。加速從實驗室到田間的智慧育種這一理論的解析不僅有助於理解植物細胞發育的根本規律，也為精準調控植物再生和定向改良作物性狀提供了全新的思路與技術工具。目前，該體系在小麥、玉米和大豆等作物的實驗正同步推進。“未來或可通過精準調控細胞全能性，實現作物優良品種的‘快速克隆’，大幅度縮短育種周期，服務精準設計育種。”張憲省教授表示，“這也將為珍稀植物種質資源的高效保護、植物合成生物學注入新動力”。文章主要作者左起：翟立明博士後，蘇英華教授，張文傑副教授，張憲省教授，高月博士，唐麗蘋副教授，田鑫教授山東農業大學為論文第一完成單位，張憲省教授、蘇英華教授和荷蘭拉德堡德大學的須健教授以及北京華大生命科學研究院夏科科副研究員為共同通訊作者。山東農業大學唐麗蘋副教授、翟立明博士、北京華大生命科學研究院李紀明博士、山東農業大學高月博士生為共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金重點項目、面上項目、山東省自然科學基金重大項目、荷蘭拉德堡德大學生物與環境科學研究所的啟動基金、國家重點研發計畫以及深圳市科技計畫的資助。院士點評中國科學院院士 種康中國科學院院士種康對該研究成果給予高度評價，指出該研究在國際上首次明確了植物全能幹細胞的起源，發現“GMC (Guard Mother Cell)-auxin狀態”是氣孔發育與胚胎重程式設計的關鍵分叉點，揭示了LEC2–SPCH–YUC訊號通路通過促進生長素合成來重塑細胞發育軌跡的分子機制。該成果在概念上取得了重要突破，證明植物再生可由特定譜系細胞直接觸發，而不是僅僅依賴脫分化過程，為作物再生體系最佳化提供了理論藍圖。評論還指出，該發現不僅深化了對植物細胞全能性機理的理解，也為破解農業生物技術長期存在的“再生瓶頸”開闢了新路徑。中國科學院院士 楊維才中國科學院院士楊維才評價說，自從上世紀50年代末德國科學家Reinert 和美國科學家Steward發現分化的體細胞可以經體細胞胚胎發生形成完整植株以來，“單個體細胞是如何發育成單個植株”就成為一個重要的科學問題。山東農業大學張憲省團隊利用原位追蹤結合單細胞測序等技術，發現轉錄因子LEC2通過啟動生長素合成途徑，促使分化的體細胞脫分化啟動胚胎發生，這一重大發現是領域內的突破性進展。 (溪遠講植物科學)

一片葉子似乎本應永遠是葉子，卻能“變身”為一棵新植株，這種“命運逆轉”是如何發生的？20年前，《科學》在創刊125周年之際提出了125個最關鍵的科學問題，“單個體細胞如何發育成完整植株”位列第9。20年過去了，9月16日，《細胞》線上發表了中國科學家對這一世紀之問的回答。山東農業大學教授張憲省和蘇英華研究團隊首次以確鑿證據證實植物細胞全能性源於單細胞，揭示了植物的單個體細胞如何通過基因重程式設計“改變命運”，最終發育為完整植株的全過程。該成果不僅破解了困擾科學界百餘年的“植物細胞全能性”機制之謎，也為作物遺傳改良與高效再生提供了全新的理論支撐。研究團隊。受訪者供圖“重啟”生命程序的植物細胞“相對動物細胞而言，植物細胞具有更強的發育可塑性。在一定條件下，它們無需受精就能發育成胚胎，這種現象稱為‘體細胞胚胎發生’。”論文共同通訊作者張憲省告訴《中國科學報》，植物細胞有著獨特的“再生”能力。例如，葉片等任意一種體細胞在經歷重程式設計後，能回歸到原始的幹細胞狀態，並進一步進入“體細胞胚胎發生”階段，最終再生為一棵完整的植株。早在1902年，科學家就提出了“植物細胞全能性”的概念，用以解釋植物細胞上述獨特的能力。“植物細胞全能性”即植物細胞可逆分化形成類似受精卵的全能細胞，進而發育為完整植株。這一現象廣泛存在於植物界，如多肉葉片能萌發新株。在農業領域，植物細胞“再生”在快繁、生物技術育種、脫毒培養等方面具有極為重要的應用價值。但一個多世紀過去了，植物體細胞經過重程式設計，從“普通細胞”轉變為“全能幹細胞”進而形成胚胎的核心秘密一直未能揭開。張憲省從事植物幹細胞和分生組織研究近30年。“單個體細胞如何發育成完整植株”一直是他渴望探究的問題。2005年，他看到這一世紀難題出現在《科學》提出的125個最關鍵的科學問題中，心中激動不已。這證明他關心的科學問題非常重要，是“能寫進教科書的研究”。這讓他下定決心挑戰這一科學難題。論文共同通訊作者蘇英華恰在那時成了張憲省的學生，並接過了長達20年科研馬拉松的“第一棒”。多年後，蘇英華才體會到當初她拿到的這個選題如此有趣而重要。從偶然發現到完美體系儘管細胞全能性在植物中很常見，但隨便找一片葉子給它上“實驗手段”，搞清楚究竟是什麼細胞變成了胚胎、怎麼變的，卻非常困難。蘇英華解釋說，自然界中具備全能性的植物，由於基因組太過複雜無法進行基因編輯和分子機制研究。而科研常用的模式植物擬南芥並不存在天然的“葉片變胚”現象。“我們必須在擬南芥中‘復刻’自然界的奇蹟。”蘇英華說，擺在他們面前的最大挑戰是建構單個體細胞直接發育成胚胎的實驗技術體系。僅是建立實驗技術體系，他們就花了將近兩年時間。2009年，蘇英華首次在擬南芥中發現大量生長素積累是細胞全能性啟動的“開關”。相關成果隨後發表於《植物雜誌》。“但當時建立的實驗體系還不完美。”蘇英華解釋說，當時仍需通過愈傷組織間接誘導，無法實現細胞的“直接變身”。“就像傷口先結疤，再從疤痕里長出新組織，過程複雜且難以追蹤。”2011年，一次意外的發現修復了實驗體系的“不完美”。當時蘇英華已成為副教授，她的碩士生唐麗蘋發現，一種誘導因子能使幼苗葉片表面直接長出胚胎結構，這種體細胞胚竟然直接來源於葉片表面的單個細胞。“這個體系太完美了！葉片細胞不會形成愈傷組織，直接‘鼓包’成胚，乾淨且清晰。”蘇英華立刻告訴張憲省，兩人意識到“解決問題的‘鑰匙’找到了”。為重現這一現象，蘇英華帶領學生“像重啟實驗一樣”經過反覆驗證，終於建立了“誘導單細胞起源的體細胞胚胎發生”穩定體系。“這個體系能讓我們清晰追蹤細胞的每一步變化。”蘇英華說。下一個難題是尋找全能幹細胞的分子標記。經過反覆驗證試驗，他們找到了只在全能幹細胞中發光的螢光標記。有了穩定的誘導體系和全能幹細胞標記，團隊終於打開了這項研究的大門。為追蹤細胞“變身”全過程，他們採用了當時最前沿的技術：用螢光標記鎖定目標細胞，再通過雷射共聚焦顯微鏡連續拍攝三四天。他們首次捕捉到單個植物細胞的分裂全過程：從1個細胞分裂為2個，再以“3個1組”的特殊模式逐步形成12個細胞的胚體，直觀證實了植物細胞全能性的“單細胞起源”，有力回答了學術界長期存在的疑惑。蘇英華激動地說：“每一張圖片、每一段視訊，都是世界上獨一無二的證據。”兩把鑰匙共同開一把鎖2015年，在中國科學院上海植物生理生態研究所的實驗室裡，科研團隊耗時3年成功分離出具有全能性的單細胞。2020年，他們又借助單細胞轉錄組測序技術，與華大基因合作，補全不同發育時期的細胞資料，繪製出完整的細胞命運轉變路徑——逆境訊號觸發染色質鬆散，從而啟動全能性基因，生長素與關鍵基因協同作用，推動細胞完成命運重程式設計。論文第一作者、山東農業大學副教授唐麗蘋介紹，體細胞胚來源於單個全能幹細胞——原本註定要發育成氣孔的“前體細胞”。它在全能性調控因子LEC2與氣孔發育關鍵因子SPCH的協同作用下，啟動生長素合成通路，導致生長素特異性大量積累，使前體細胞脫離“氣孔發育之路”，轉而成為能夠孕育新生命的全能幹細胞，走上胚胎發育之路。葉片氣孔前體細胞特有的基因SPCH與人工誘導高表達的基因LEC2協同作用形成“分子開關”。“就像轉動一把鎖需要兩把鑰匙，缺一不可。”張憲省說。研究人員將這一關鍵過渡狀態命名為“GMC-auxin”中間態。在這一狀態下，細胞發生了深度染色質重塑，大量沉默基因被逐步啟動，細胞命運軌跡由此分岔，為全能性的建立打開了大門。進一步實驗表明，阻斷細胞內源生長素合成會使這一重程式設計過程完全停滯，體細胞胚胎無法形成；而單純加入外源激素也無法替代這一過程，說明只有細胞自主合成並積累的生長素訊號，才能真正觸發全能性的開啟。張憲省說，這一理論的解析不僅有助於理解植物細胞發育根本規律，也為精準調控植物再生和定向改良作物性狀提供了全新思路與技術工具。論文審稿人認為，該研究揭示的GMC-auxin細胞中間態是“令人興奮的突破”，首次定義了氣孔前體細胞向全能幹細胞轉變的分子路徑，原創性強、意義重大，為理解植物體細胞發育命運改變和再生潛能提供了強有力的科學支撐。目前，該體系在小麥、玉米和大豆等作物中的實驗正同步推進。“未來或可通過精準調控細胞全能性，實現作物優良品種的‘快速克隆’，大幅度縮短育種周期，服務精準設計育種。”張憲省表示，“這也將為珍稀植物種質資源的高效保護、植物合成生物學注入新動力。” (中國科學報)

綠豆是一種耐旱的豆科作物，富含易於消化吸收的蛋白質、礦物質和膳食纖維，為人們提供經濟實惠的營養來源。科學家雜誌AI繪圖除了其烹飪用途，經典藥典，如《本草綱目》，也描述了綠豆在解毒、緩解中暑和改善消化不良方面的療效。現代研究還表明，綠豆中的多酚、肽和多糖等成分具備抗高血糖、抗高脂血症、抗高血壓和抗氧化特性。植物學和營養成分概述乾燥的綠豆種子含有21-32%的高消化性蛋白質、富含直鏈澱粉的復合碳水化合物以及每100克16克的膳食纖維，從而產生自然的低血糖反應。當與穀物一起食用時，綠豆中富含賴氨酸的蛋白質能夠增強混合飲食中的氨基酸平衡和消化吸收。“綠豆”指的是整個豆子，而“毛豆”則指去殼並分開的綠豆。綠豆富含微量營養素，並且豐富的B族維生素（包括B復合維生素和葉酸）、鐵、鎂和鉀等礦物質，有助於支援氧氣運輸、神經肌肉功能和電解質平衡。傳統加工方法，如發芽或發酵，可以通過降解植酸來進一步提高礦物質的生物利用度，從而避免它干擾營養素的吸收。綠豆種子濃縮物中含有多種保護性植物化學物質，包括五種黃酮亞類。種皮中的維特辛和異維特辛有助於其抗氧化活性。此外，結合的酚酸，如阿魏酸、咖啡酸和對氨基苯酸，在消化過程中依然能夠保持，提升潛在的健康益處。消化健康與血糖控制綠豆提供不可溶的半纖維素和可發酵的低聚糖，能夠加速腸道蠕動，並為有益的腸道微生物提供營養。這些纖維的結腸發酵釋放短鏈脂肪酸，刺激腸道蠕動，加強黏膜完整性，緩解低度炎症，誘導降糖肽-1（GLP-1）的分泌，從而促進健康的微生物組並穩定血糖代謝。綠豆中的澱粉顆粒緊密地包裹在粘性纖維基質中，降低了熟綠豆的血糖指數，從而減緩胃排空和碳水化合物的吸收。可溶性部分阻止葡萄糖進入血液，而種皮中的不可溶纖維則增加飽腹感。無論是整豆、發芽還是磨成粉，綠豆的低血糖指數優勢始終存在。以往涉及超過30萬成人的研究表明，至少每天食用30克豆類可將2型糖尿病的風險降低20-30%。經過控制的喂養試驗同樣報告稱，富含纖維的豆類飲食能夠改善全身胰島素敏感性約25%，預防蛋白質引起的胰島素抵抗，並在八周內使空腹血糖降低8-12 mg/dL。心血管益處習慣性食用綠豆可降低總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C），同時提高高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平，從而改善動脈粥樣硬化指數。綠豆蛋白中的生物活性肽也已被證明能抑制轉換酶（ACE）活性，並增強膽酸的排泄，以維持這些效應。在一項為期六周的隨機雙盲試驗中，27名年齡在45至60歲之間的健康成人每天食用10克或15克綠豆蛋白。兩種劑量均增強了肱動脈的流動介導擴張，提高了過氧化氫酶活性，並顯示出持續的丙二醛活性，這些因素都有助於提高抗氧化防禦能力。綠豆不僅是一種營養豐富的食品，其獨特的成分和健康益處使其在多種飲食中佔有重要地位。通過科學的研究和傳統的應用，綠豆展示了其在促進健康方面的潛力，尤其在改善消化健康、控制血糖和支援心血管健康方面。因此，在日常飲食中合理地加入綠豆，將有助於提升整體營養水平和健康狀況。 (科學家雜誌)

4月22日，法國美妝巨頭歐萊雅集團（L'Oréal）旗下高端美妝品牌蘭蔻（Lancôme）在法國格拉斯（Grasse）舉辦玫瑰莊園（Domaine de la Rose）落成儀式。這一生態園藝基地項目將會採用有限度的現代方法使用資源和原料，體現了品牌對保護生物多樣性的承諾。 玫瑰莊園坐落於格拉斯中心地帶，是蘭蔻打造的一座生態園藝基地，共佔地4公頃。去年10月，蘭蔻宣布收購了這座莊園，隨後對它進行了翻修，主要包含兩個方面：一，發展有機玫瑰和香料植物的種植；二，利用當地的可回收生物材料恢復莊園生態。 這座莊園的特殊之處在於其利用園藝知識研究出一種可持續、可追溯的有機方式種植香料作物。莊園的前主人早在50多年前就開始採用有機的方法種植玫瑰等香料作物。蘭蔻延續了這一理念，保存了莊園獨特的種植業和建築遺產。目前，莊園內共有163種植物，33種鳥類，31種蝴蝶，8種蜻蜓，12種蝙蝠以及其他生物。 這處生態莊園是蘭蔻社會與環境責任戰略的一部分，致力於在原料種植和加工等各個環節減少品牌產品的生態足跡，降低品牌對生物多樣性的負面影響。目前，蘭蔻護膚及美妝產品使用的玫瑰99%為有機玫瑰。到2025年，品牌計劃100%使用有機玫瑰，其中60%將來源於法國。