對于植物來說一個體細胞就可以發育為整株的植物，這到底是怎麼發生的？有許多人因此提出了所謂的全息生物學的概念，然而這僅僅是給了一個概念而已，而根本并沒有給出任何答案。下面就來科普這個問題：

9. 單個體細胞怎樣成為整株物? How Does a Single Somatic Cell Become A Whole Plant?

植物的生存和繁殖在枝體上存在很大的靈活性。植物的根可以向水源不斷生長，其葉子也可以面向陽光不斷伸展，但是整體上植物是不能移動的（這是植物區别于動物的特征），所以植物無法自由逃避掠食者對其枝體的傷害以及自由地尋找自己的同伴。正因為如此，作為一種補償，許多植物都進化出強大的自我修複功能和自我繁殖策略。植物可以不用接觸同伴而發展出各種各樣的繁殖方式來進行生存繁衍。比如植物可通過它的一部分，例如根、莖、枝葉或瓣的自然向外生長來産生新的植株。而更為激進的植物竟然可以通過單個體細胞來産生新的個體。例如，大多數柑橘類植物可以通過未受精的配子周圍的組織細胞産生新的個體，這是任何動物都沒有的技能（如圖1所示）。

圖1 橙子樹可以通過其單個體細胞産生新的植株個體

再比如我們經常看到的一類叫落地生根的家養植物，它可以通過葉子邊緣的體細胞逐漸發育為一個新的植株（如圖2所示），這就像希臘智慧女神雅典娜從宙斯的頭部生長出來一樣。

圖2 一類落地生根類植物通過葉子邊緣的體細胞生長出植株

在大約50年以前，科學家開始發現在實驗室裡可以通過誘導胡蘿蔔的體細胞就讓其産生新的個體。随後，人們就開始利用這種被稱為體細胞胚胎繁殖術成功繁殖出幾十種種類的植物，包括咖啡、木蘭、芒果以及玫瑰等。一個加拿大的公司甚至通過這種組織培養的方法種植出整個冷杉樹的森林。但是像研究人員克隆動物一樣，植物學家也對如何實際控制植物分化的過程知之甚少。對這些問題答案的尋找可能進一步闡明細胞在分化中如何固化自己的功能或為什麼植物要設法保持細胞這種分化能力的靈活性。

其實科學家們并不知道植物的哪些細胞具有成為植物的胚胎細胞的能力。盡管早期的研究工作都假定植物的所有細胞都有成為胚胎細胞的靈活性，但近期的證據表明隻有部分種類的細胞才可以分化為植物體的胚胎細胞。但是這些細胞分化前的組織結構和面貌依然是一個迷。科學家們利用植物胚胎培養的影像資料并沒有發現明顯可以标識出哪些細胞可以成長為胚胎的變化圖案，而對特定基因表達進行圖案染色的做法也不能給出确切的結果。

圖3 1950年Saward等人對胡蘿蔔進行的體細胞培養過程

但研究人員已經發現有些分子參與到體細胞分化為胚胎細胞的一些線索。在實驗室裡，研究人員發現一種除草劑，2-4二氯苯氧基乙酸（是一種叫2-4D的除草劑），它可以促進細胞的伸長，讓細胞形成新的細胞壁，并讓其向植物胚胎細胞的方向分化。這種除草劑其實是一種人工合成的植物激素叫生長素，這種植物生長素可以用來控制植物對光、重力的生長反應以及植物果實的成熟過程。所以植物生長素可能對于植物自然的體細胞分化為胚胎細胞的過程起重要作用，比如對于那些通過葉子邊緣頂端的細胞分化為整體植株的植物來說，這些地方往往有更高濃度的生長素存在。最近的研究工作還表明對拟南芥類植物某種基因的過度或欠表達也可以促進一些普通的葉細胞分化為植物的胚胎細胞。

圖4 細胞生長中重要的激素在植株中的分布

對植物無性生殖的梳理有利于科學家們進一步理解植物為了保持生存的靈活性而保持了細胞的哪些分化能力，而這種細胞的分化能力又如何能被植物有效地加以控制（避免過度繁殖比如植物很少出現動物的癌症現象 ）。發育生物學家們則熱衷于這種細胞分化在植物和動物之間的比較研究，的确植物控制自己體細胞進行生殖的過程類似于動物細胞的克隆和動物肢體的再生過程。

當然在實際的層面上，科學家更喜歡将實驗室發展的技術更多應用到需要通過授粉才能繁殖的農作物上，比如玉米。細胞分化胚胎的技術将更有利于加速新農作物的培育過程和新品種的雜交育種周期，而這才是農民和消費者都會感到高興的事情。（文GRETCHEN VOGEL）

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