多肉掰一瓣就能插活？植物的傷口「痛」並「快活」

多肉植物的再生 徐麟供圖

見習記者 辛雨

強大的再生能力是植物適應嚴酷環境所必需的生存技能之一。受傷離體的枝條或葉片掉落在濕潤的土壤表面後，植物能夠在傷口處快速再生不定根，繼而生存下去。

「受傷」是引發再生的原因，但傷口信號如何控制再生，目前知之甚少。

近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所研究員徐麟團隊聯合南通大學、美國喬治亞大學、中科院上海有機化學研究所等機構，揭示了植物再生的傷口信號轉導機制，相關研究結果近日發表於《自然—植物》。

「無心插柳柳成蔭」

植物再生是指植物受到傷害後，可以進行自我修復或自我替換（再生出各種器官）的過程，它是一種自然現象。徐麟在接受《中國科學報》採訪時表示：「植物再生與動物的再生能力很像，如壁虎斷尾、皮膚傷口癒合等。有些時候，植物的再生能力比動物還強大。」

折下一枝柳條，插在土壤里，它可以長成一棵柳樹。「這是因為插到土壤中的柳條的傷口基部，會長出很多根，長了根的柳條就會生存下去，這就是根再生。」徐麟指出，將這種根再生的現象運用到農業技術中，就是扦插。

因此，研究人員利用植物根再生特性，建立了有效的再生體系。他們將模式植物擬南芥的離體葉片放置於濕潤的、不添加外源激素的培養基表面，完全依靠離體葉片內源激素，可以在傷口處自發再生不定根。

「該再生體系再生效率高、不添加任何激素、便於觀察，是研究傷口信號轉導的有效體系。」徐麟說。

華中農業大學生命科學技術學院教授趙毓告訴《中國科學報》，合適的植物材料和有效實驗體系的選用對研究植物再生機制非常重要。「本研究所用的再生體系相對簡單且操作方便，培養基比較單純，可以很明顯地觀察植物再生過程中的結構層次，是發現植物再生相關機制的關鍵基礎。」

傷口信號的「待命」、激活和關閉

徐麟介紹，研究植物再生現象非常重要的一個科學問題是「為什麼傷口是激發再生現象的主要動力」。

傷口是一把「雙刃劍」：一方面，傷口可能對植物產生致命傷害；另一方面，傷口也會激發生命體繼續存活下去的意志。「因此，植物為抵抗傷口，一定會釋放一種信號，激發再生過程。」徐麟說。

以擬南芥離體葉片再生體系為研究模型，研究人員發現，傷口產生後，葉片內部會暴發一種重要的傷口激素——茉莉素。茉莉素能夠通過一系列的分子轉導機制並協同表觀遺傳調控機制，激活生長素的合成，促進葉片中生長素的積累。高濃度生長素可以促使傷口處幹細胞轉變為根細胞，從而發育成不定根。

「其實，在傷口產生之前，植物體就處於隨時『待命』的狀態。因為傷口信號轉導的過程非常迅速，幾分鐘到兩個小時之內必須完成。」徐麟補充說。

這個「待命」的狀態受表觀遺傳調控機制所控制。在傷口產生前，生長素合成通路重要基因ASA1被表觀修飾，使ASA1處於「待命」狀態。傷口產生10分鐘內，葉片快速積累茉莉素，並在2小時內開啟激活生長素合成的分子通路。

值得一提的是，研究人員還發現，過強的傷口信號會抑制根再生過程。產生傷口2小時後，茉莉素會在離體葉片中消失，從而關閉傷口信號轉導。

用「傷口」服務「再生」

很早以前，人們就開始在農業技術中利用植物再生，如組織培養、扦插、嫁接等，擴大或加速植物繁殖，同時又能保持繁殖體原有的優良品質。

據介紹，植物再生的傷口信號轉導是新興領域，目前對其認識仍然有限。傷口不僅可以促進離體葉片產生生長素，也能影響再生幹細胞重編程。

「因此，只有了解了植物再生現象及其背後的分子機制，我們才能進一步改良再生方法，革新相關農業技術。」徐麟告訴記者。

此外，趙毓認為，傷口信號轉導機制的研究對藥用植物栽培、觀賞園藝、保護稀有品種、農業生產等同樣具有重要意義。

「比如在培育藥用植物時，子代繁殖通常會造成有效成分含量降低，而再生體系的應用使藥用植物始終是親代繁殖，保證了有效成分的水平。」趙毓說。

徐麟表示，下一步課題組希望在理論方面全面構建植物再生信號轉導的分子網路，並在此基礎上，嘗試利用傷口信號改進植物再生技術。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-019-0408-x

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