植物再生是基因编辑、遗传转化、林木扩繁和作物分子设计育种的重要技术基础。然而，不同植物物种及基因型的再生能力存在显著差异，植物组织培养过程中芽再生效率低、再生能力不稳定等问题，长期制约着作物遗传改良技术的发展。如何突破植物再生的技术瓶颈，是植物发育生物学与农业生物育种领域亟待解决的重要科学问题。

北京时间11月10日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心王佳伟研究团队联合湘湖实验室等单位，围绕植物愈伤组织的细胞命运决定机制开展系统研究，揭示了愈伤组织内部此前未被充分认识的空间异质性，发现部分看似生长旺盛的愈伤组织区域实际上并不拥有芽再生能力。在此基础上，研究团队建立了一套基于细胞时空图谱和化学筛选的植物再生体系优化框架，并鉴定出能够显著提高多种植物芽再生效率的小分子化合物。这一研究成果为突破植物组织培养与遗传转化中的再生效率瓶颈提供了全新思路。

揭示愈伤组织细胞空间异质性，发现“无效愈伤组织区域”

愈伤组织是植物外植体在特定培养条件下形成的具有增殖和发育可塑性的细胞团，也是许多植物遗传转化和再生体系的重要中间阶段。传统观点认为，愈伤组织中的部分细胞能够获得多能性，并在适当的激素条件下重新形成新器官。然而，为何同一块愈伤组织中不同区域的芽再生能力存在明显差异，此前仍缺乏系统认识。

研究团队以拟南芥为模式植物，综合运用单细胞RNA测序、原位RNA测序、荧光报告系统和长时间活细胞成像等技术，绘制了愈伤组织形成与发育过程中的细胞时空图谱。在已有细胞分层认识的基础上，进一步鉴定出5类具有特定空间分布特征的细胞类型，并发现愈伤组织沿外植体纵向还可区分为拱形区域（Arched Callus Region，ACR）和平坦区域（Flat Callus Region，FCR）。

进一步的细胞命运追踪发现，尽管拱形区域通常表现出更早启动的细胞分裂和更快的增殖速度，但其细胞命运已明显偏向根的发育，其中大部分会最终发育成根。这一发现表明，愈伤组织的旺盛生长并不必然意味着强大的芽再生能力，部分发育较快的区域实际上构成了限制芽再生效率的“无效愈伤组织区域”。

建立基于细胞命运标记的化学小分子筛选体系，实现植物再生效率的定向优化

基于上述发现，研究团队提出，通过减少无效愈伤组织区域的形成，也许有望提高芽的再生效率。为验证这一设想，研究人员利用无效区域中特异富集的标记基因ACL5，建立了结合荧光报告系统与液体培养平台的小分子化合物筛选方法。通过对小分子化合物开展筛选和验证，研究团队最终鉴定出MEK抑制剂U0126。实验表明，U0126能够显著减少无效愈伤组织区域的形成，同时提高拟南芥的芽再生效率。

进一步研究发现，U0126主要通过影响MKK4/5–MPK3/6信号通路，抑制部分愈伤组织细胞过快增殖，降低细胞发育的异步性，并减少细胞向根及维管组织命运分化的倾向，从而为具有芽再生潜能的细胞维持适宜的发育状态创造条件。这一结果揭示了MAPK信号通路在调控愈伤组织发育与再生能力中的重要作用。

突破单一模式植物限制，展现作物再生优化的应用潜力

为了评估U0126的应用范围，研究团队进一步在不同植物类群中开展验证。结果表明，U0126不仅能够促进拟南芥的芽再生，还能够显著提高多年生植物须弥芥、油菜、辣椒、狗尾草和水稻等植物的芽再生效率，显示出该化合物在单双子叶植物再生体系中的应用潜力。

在此基础上，研究团队提出了由“愈伤组织时空转录组解析—无效愈伤组织区域及分子标记鉴定—基于报告系统的高通量化合物筛选—候选化合物理性选择及应用”构成的四步优化框架，将植物再生体系优化从传统的“经验性试错”提升到以细胞命运和分子机制为依据的促再生小分子化合物定向筛选。

总之，该研究不仅深化了对植物细胞多能性、愈伤组织发育异质性及细胞命运调控机制的认识，也为植物再生效率的理性优化提供了新的技术路线。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心王佳伟研究员为论文通讯作者。浙江省湘湖实验室光生物转化团队副研究员商冠东（中心已毕业学生）和分子植物科学卓越创新中心博士后王付祥为共同第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.15302/vita.2026.10.0086

图1. 拟南芥愈伤组织细胞图谱及无效愈伤组织区域的发现

图2. 基于无效愈伤组织的小分子化合物筛选体系及U0126工作原理示意图

图3. U0126在不同物种中的应用潜力（左）及植物再生效率四步优化框架