“是什麼控製著器官再生”，這是Science雜誌在2005年創刊125周年之際提出的125個人類未知的重大科學問題中最重要的25個科學問題之一。近日，山東農業大學李傳友教授團隊在植物再生領域研究取得重大突破，成功發現細胞受傷而產生的再生因子REF1，是引發組織修複和器官再生的原初受傷信號分子，在植物再生中發揮了巨大作用，並在植物轉基因、基因編輯領域有巨大應用價值。北京時間2024年5月22日，國際頂尖學術期刊Cell在線發布這一成果。

　　在大自然中，無法移動的植物，在長期進化過程中形成了令人歎為觀止、動物不可比擬的應對損傷的能力，它們不但能快速激活防禦反應以抵禦病蟲侵害，還能輕鬆自如進行組織修複、器官乃至整個生命體的再生。

　　20世紀70年代，著名美國學者Clarence Ryan教授，在模式植物番茄中，發現了植物對機械損傷的係統性防禦現象，並發現小肽信號係統素和植物激素茉莉酸通過共同的信號通路來調控植物的係統性防禦反應。接下來幾十年，對植物這種積極係統性防禦的信號轉導過程，科學家們開展了大量研究，對其信號轉導機理有了深入認識，但對於植物損傷修複和器官再生的機理卻所知甚少。

　　眾所周知，細胞損傷是觸發生命體(無論植物還是動物)啟動再生程序的原初物理誘因。據此人們推斷一定存在一種由細胞損傷誘發的信號分子在再生過程中發揮重要調控作用，但對這種信號分子的化學本質卻無從知曉。

　　李傳友團隊長期以番茄為模式，用遺傳學手段解析由係統素和茉莉酸共同調控的植物係統性防禦信號通路。深耕收獲，團隊獲得了一係列係統素信號通路發生變化的番茄突變體，幾年前又從中鑒定到在防禦和再生方麵同時表現缺陷的突變體spr9。

　　進一步的基因克隆結果表明，SPR9編碼小肽SlPep(23個氨基酸)的前體蛋白。敲除SPR9會使番茄喪失受傷誘導的愈傷組織形成能力和器官再生能力，而過量表達SPR9則可顯著提高番茄的再生能力。此外，外源施加SPR9編碼的小肽可以顯著提高番茄的再生能力，因此團隊將該小肽重新命名為再生因子REF1。

　　研究證實，富含亮氨酸重複序列的受體激酶PORK1是REF1的受體。當植物發生細胞損傷時，REF1作為原初受傷信號分子被受體PORK1識別，並轉錄激活下遊細胞重編程關鍵調控因子SlWIND1，進而啟動植物的組織修複和器官再生進程。與此同時，SlWIND1還結合到REF1前體基因的啟動子區激活其表達，從而產生更多的REF1小肽，放大REF1信號。這些表明，REF1以類似於模式動物中“細胞因子”的作用方式調控植物的再生過程。

　　尤為重要的是，他們發現，REF1的作用在植物界是保守的，幾乎在所有雙子葉植物和單子葉植物中都能找到對應的REF1小肽及其受體。外施REF1不僅可以顯著提高番茄(包括一些難以轉化的野生番茄)的再生能力和遺傳轉化效率，還可以將學界公認難以轉化的大豆、小麥和玉米等作物的再生能力提高6~9倍，遺傳轉化效率提高4~5倍。

　　相關方法目前已申請國際PCT專利。

　　在該項研究中，李傳友團隊創造性地提出了防禦和再生是植物受傷反應的兩個密不可分的方麵的全新理念。他們不僅找到了誘發植物再生的原初受傷信號分子REF1，破解了困擾科學界幾個世紀的難題，而且為生物育種中解決作物遺傳轉化效率低、基因型依賴嚴重等瓶頸問題提供了便捷普適的方案。

　　中國科學院院士許智宏認為， 植物再生因子REF1的發現，對於植物如何識別損傷刺激並啟動組織修複和器官再生過程這一植物生命科學領域長期懸而未決的問題，是一重大進展，屬於生命科學領域的標誌性成果。

　　中國科學院院士種康評價道，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都具有突破性意義。植物再生因子REF1的發現和利用，對我國用好基因編輯這把劍打贏種業翻身仗、加快國家生物育種產業化步伐意義重大。

　　該研究也是山東省高校以通訊作者單位發表的首篇植物科學領域的Cell論文。李傳友團隊的中國科學院遺傳與發育生物學研究所博士生楊文韜、山東農業大學翟華偉副教授、中國科學院遺傳與發育生物學研究所吳芳明副研究員和山東農業大學鄧磊教授為論文共同第一作者。李傳友教授和鄧磊教授為共同通訊作者。山東農業大學張憲省教授、趙翔宇教授、張大健教授，中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋院士、高彩霞研究員等參與研究。本研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和泰山番茄創新研究院的資助。