央广网北京12月5日消息（记者朱敏 窦筠韵）据中央广播电视总台中国之声报道，“上古有大椿者，以八千岁为春，八千岁为秋。”自古以来，植物所展现出的绵延不绝的生命力，始终激发着人类对生命永续的无限遐想。与动物不同，植物在其整个生命周期中能够持续不断地产生新的枝、叶、花与果实，这一切的生命律动，都源于一类核心的细胞群——植物干细胞。

每一个植物干细胞都被细胞壁所包裹，细胞壁拥有一套“智能程序”，能指挥干细胞何时分裂、如何分裂。细胞壁的这套“智能程序”如何启动？又是如何精准控制植物干细胞这个“工厂”的运作？一直是科学界关心的课题。如今，这个控制开关被我国科学家找到了！相关成果于北京时间今日（12月5日）凌晨发表在国际著名学术期刊《科学》。

从破土而出的幼苗，到结满果穗的庄稼，每一株植物的生长，都源于一个微小的“制造工厂”——植物干细胞。就像人类干细胞能够修复组织并焕发活力一样，植物干细胞也是植株生长与再生的“生命力之源”，它的效率和模式，直接决定了作物的产量和品质。与动物干细胞不同的是，植物干细胞都有层细胞壁。这个独特的结构自然也承载着独特的使命，中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员杨卫兵告诉记者，这层壁不仅是保护壳，还拥有一套“智能程序”，能指挥干细胞何时分裂、如何分裂。

杨卫兵表示：“植物干细胞是植物所有的生长发育和作物产量品质的基础。在研究植物干细胞活性调控的时候，我们发现，除了这个传统的信号之外，细胞壁对于干细胞的活性具有非常重要的作用。”

然而植物干细胞细胞壁的这套“智能程序”如何启动？又是如何精准控制植物干细胞这个“工厂”的运作？一直是科学界关心的课题。

左图显示拟南芥花序和茎顶端分生组织。洋红色标记细胞壁，绿色指示正在分裂的干细胞。右图为植物初生细胞壁结构示意图（央广网发 中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图）

杨卫兵带领的研究团队研究发现，植物干细胞的细胞壁呈现了奇特的“双模式”分布，这种“双模式”体现在成熟细胞壁保持 “高度甲酯化”的坚硬状态，而新生细胞横壁则呈现短暂的“去甲酯化”松软特性。这种“软硬兼备”的时空构型，对维持干细胞微环境稳态至关重要。

杨卫兵表示：“我们发现，在这个植物细胞壁上面有一个特有双元修饰模式。在成熟的细胞壁上面，它是高度的甲酯化，这个时候它就会比较坚硬；在新产生的细胞壁上，它是特定的去甲酯化，这样就会产生比较软的细胞壁。所以我们认为，这种甲酯化和去甲酯化就产生一种双元的细胞壁高级结构的修饰。”

揭示了这种“双模式”只是第一个惊喜。通过进一步研究，团队发现，植物干细胞内部运行着一套精密的基因表达系统。他们通过RNA分子时空动态可视化和细胞壁超微结构解析等研究手段，成功找到了控制细胞壁“智能程序”的“核心开关”。

杨卫兵表示：“我们在研究植物干细胞的细胞壁超微结构的时候，进一步地研究，找到一个酶。这个酶能够去操控，改变这个细胞壁的一个高级结构的修饰。如果我们改变这个修饰，就能够改变这个植物干细胞，决定它是干细胞或不是干细胞。此外，它还能够提高植物干细胞的活性。”

平常这个酶被巧妙地储存在细胞核中，“核心开关”处于关闭状态；只有在细胞分裂的关键时刻，“核心开关”才会启动，这个酶从细胞核中释放，精准投送到新生细胞壁位置，对其进行去甲酯化修饰，实现细胞壁局部“松软”。

正是通过这种精准的时空调控，确保了干细胞分裂的精确性和组织的正常结构。一旦基因表达系统出错，细胞分裂就会陷入混乱，最终影响整株植物的正常生长。

杨卫兵解释：“动物细胞的物理特性，使得它能够直接决定干细胞分裂和分化的方向。我们的研究发现在植物里有一个非常类似的机制。也就是说，植物细胞壁的物理特性也能直接影响植物干细胞的活性和它的命运，决定了这个干细胞是分化成叶片、花朵还是果实，这样就帮助我们去找到进行植物器官定向定制的方法。”

细胞壁超微结构调控干细胞稳态模型（央广网发 中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图）

值得关注的是，该调控机制在玉米、大豆、番茄等多种作物中高度保守。作物的株高、分蘖数、穗型和果实大小等关键农艺性状，都与干细胞活力密切相关。杨卫兵表示，基于“细胞壁精准设计”策略，有望提升作物分生组织活性和产量潜力，为培育高产高效作物、保障国家粮食安全、助力“双碳”目标实现，提供关键的理论支撑和技术路径。

杨卫兵介绍：“我们发现这个开关以后，就可以直接地操纵它。像水稻、玉米、小麦等，是同样的机制。所以我们就能够在作物里对这个开关进行操纵以后，去提高这个干细胞的活性，然后就能够提高譬如作物里的种子（的活性）或者是（作物的）产量、品质等等。”

杨卫兵研究员（中）和论文主要作者朱先苗（右）、陈兴（左）观察植物干细胞（央广网发 中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图）