山东农大李传友教授团队揭示植物再生新机制

五月二十三日，齐鲁网·闪电新闻 记者从山东农业大学了解到，近日，山东农业大学李传友教授团队在植物再生领域的研究取得了重大突破，REF1成功发现了细胞损伤引起的再生因子。它是最初的受伤信号分子，引起了组织修复和器官再生，在植物再生中发挥了巨大的作用，在植物转基因和基因编辑领域具有很大的应用价值。国际顶级学术期刊Cell于2024年5月22日在北京时间网上公布了这一成果。

在2005年创刊125周年之际，Science杂志提出的125个人类未知的重大科学问题中，“控制器官再生的原因是什么？”在自然界中，无法移动的植物在长期的进化过程中形成了令人惊叹和动物无法比拟的应对伤害的能力。它们不仅可以快速激活防御反应，抵御病虫害，还可以轻松修复组织、器官甚至整个生命体。

在20世纪70年代，著名美国学者Clarencence Ryan教授在模式植物番茄中发现了植物对机械损伤的系统防御现象，并发现小肽信号系统素和植物激素茉莉酸通过共同的信号渠道控制植物的系统防御反应。在接下来的几十年里，科学家们对植物进行了大量的研究，这是一种积极系统的防御信号转移过程，对它们的信号转移机制有了深刻的了解，但对植物损伤修复和器官再生的机制却知之甚少。

众所周知，细胞损伤是触发生命体(无论是植物还是动物)启动再生过程的原始物理诱因。因此，人们推断，在再生过程中，一定有一种由细胞损伤引起的信号分子起着重要的调节作用，但这种信号分子的化学性质却不得而知。

李传友团队长期以来一直以西红柿为模式，通过遗传手段分析植物系统防御信号通道，由系统素和茉莉酸共同控制。经过深度培育，团队获得了一系列西红柿突变体，该突变体在防御和再生方面同时表现出缺陷。

根据SPR9编码小肽SlPEp(23个氨基酸)的前体蛋白，进一步的基因克隆结果表明。敲击SPR9会使番茄失去受伤诱发的愈伤组织形成能力和器官再生能力，而过度表达SPR9可以显著提高番茄的再生能力。另外，在外源添加SPR9编码的小肽可以显著提高番茄的再生能力，因此团队将小肽重新命名为再生因子REF1。

结果表明，REF1的受体是富含亮氨酸重复序列的受体激酶PORK1。REF1作为原受伤信号分子被受体PORK1识别，并转录SlWIND1，激活下游细胞重新编程的关键调控因子，从而启动植物的组织修复和器官再生过程。同时，SlWIND1还将其表达与REF1前体基因的启动子区结合起来，从而产生更多的REF1肽，放大REF1信号。这表明，REF1以类似于模式动物中“细胞因子”的作用来控制植物的再生过程。

特别重要的是，他们发现REF1在植物界的作用是保守的，相应的REF1肽及其受体几乎可以在所有双子叶植物和单子叶植物中找到。外用REF1不仅可以显著提高番茄的再生能力和遗传转化效率(包括一些难以转化的野生番茄)，还可以提高学术界公认的大豆、小麦、玉米等作物的再生能力6~9倍，提高遗传转化效率4~5倍。

目前有关方法已经申请了国际PCT专利。

在这项研究中，李传友团队创造性地提出了一个全新的理念，即防御和再生是植物受伤反应的两个密不可分的方面。他们不仅找到了REF1，一个诱发植物再生的原始受伤信号分子，解决了困扰科学界几个世纪的问题，还为解决生物育种中作物遗传转化效率低、基因依赖严重等瓶颈问题提供了方便普遍的解决方案。

中国科学院院士许智宏认为，植物再生因子REF1的发现是植物生命科学领域长期悬而未决的问题，如何识别损伤刺激，启动组织修复和器官再生过程，属于生命科学领域的一大进展和标志性成果。

中国科学院院士种康评论说，这项研究在细胞分化和再生领域的基础科学研究和生物技术的应用具有突破性意义。植物再生因子REF1的发现和利用，对于我国用好基因编辑之剑打赢种业翻身仗，加快国家生物育种产业化步伐具有重要意义。

这项研究也是山东省大学在植物科学领域发表的首篇Cell论文，由通信作者单位发表。

李传友团队的中国科学院遗传与发展生物学研究所博士生杨文韬、山东农业大学翟华伟副教授、中国科学院遗传与发展生物学研究所吴芳明副研究员、山东农业大学邓磊教授为论文第一作者。作为共同通讯作者，李传友教授和邓磊教授。中国科学院遗传与发展生物学研究所李家洋院士、高彩霞研究员等参与研究的山东农业大学张宪省教授、赵翔宇教授、张大健教授。这项研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和泰山番茄创新研究所的资助。

闪电新闻记者 王子翔 泰安报道