科技日报记者 王延斌
近日，山东农业大学李传友教授团队通过研究发现，细胞受伤而产生的再生因子REF1，是引发组织修复和器官再生的原初受伤信号分子，在植物再生中发挥了巨大作用，并在植物转基因、基因编辑领域有巨大应用价值。5月22日，国际学术期刊《细胞》在线发布这一重磅成果。
中国科学院院士许智宏认为，植物再生因子REF1的发现，对于植物如何识别损伤刺激并启动组织修复和器官再生过程这一植物生命科学领域长期悬而未决的问题是重大进展，应是生命科学领域的标志性成果。中国科学院院士种康评价道，该研究对细胞分化与再生领域的基础科学研究和生物技术应用都具有突破性意义。植物再生因子REF1的发现和利用，对我国用好基因编辑这把剑打赢种业翻身仗、加快国家生物育种产业化步伐意义重大。
发现再生因子REF1
“在大自然中，无法移动的植物，经常会遭受损伤，比如被挤压、被虫咬，或者遭受病毒危害，植物领域将之统称为机械性损伤。受伤后，植物不但能快速激活防御反应以抵御侵害和防止感染，还能轻松自如进行组织修复、器官乃至整个生命体的再生。”李传友说。
20世纪70年代，美国华盛顿州立大学克莱伦斯·瑞安教授在模式植物番茄中发现了植物对机械损伤的系统性防御现象，并发现小肽信号系统素和植物激素茉莉酸通过共同的信号通路来调控植物的系统性防御反应。在接下来几十年，对植物的系统性防御信号转导过程，科学家们进行了非常深入的研究。相比之下，人们对植物受伤后如何启动组织修复和器官再生知之甚少。
李传友告诉记者，细胞损伤是触发生命体（无论植物还是动物）启动再生程序的原初物理诱因。因此一定存在一种由细胞损伤诱发的信号分子，在再生过程中发挥重要作用，但对这种信号分子的化学本质，人们却无从知晓。
李传友团队长期以番茄为模式用遗传学手段解析植物的受伤反应。他们创造性地提出植物的受伤反应，实际上包括防御和再生两个密不可分而又相互作用的生理过程。基于这一全新理念，他们从分析实验室积累的防御缺陷突变体入手，鉴定到一个在防御和再生方面同时表现缺陷的番茄突变体spr9。
他们的基因克隆结果表明，SPR9编码小肽SlPep（23个氨基酸）的前体蛋白。敲除SPR9使番茄丧失受伤诱导的愈伤组织形成能力和器官再生能力，而过量表达SPR9则可显著提高番茄的再生能力。此外，外源施加SPR9编码的小肽可以显著提高番茄的再生能力，因此该团队将小肽重新命名为再生因子REF1。
李传友团队研究证实，受体激酶PORK1是REF1的受体。当植物发生细胞损伤时，REF1作为原初受伤信号分子被受体PORK1识别，并转录激活下游细胞重编程关键调控因子SlWIND1，进而启动植物的组织修复和器官再生进程。与此同时，SlWIND1还结合到REF1前体基因的启动子区激活其表达，从而产生更多的REF1小肽，放大REF1信号。
“这些表明，REF1以类似于模式动物中‘细胞因子’的作用方式，调控植物的再生过程。”李传友说。
应用领域前景广阔
植物的再生能力千差万别，并且因基因型不同而有显著差异，这严重制约着转基因和基因编辑等突破性技术在生物育种中的应用潜力。如何通过一种简单直接的方法提高植物的再生能力，也一直是现代生物育种领域面临的重大难题。
据了解，目前国际上大多采用共表达发育调控基因的策略来提高植物再生能力，但这种方法对提升作物遗传转化效率作用有限，还经常导致转基因植物的发育缺陷表型。李传友团队发现的再生因子REF1，不仅能成功克服上述局限，而且使用起来便捷高效。
发现外源施加REF1可以显著提高难以转化番茄品种的再生能力以及遗传转化效率后，李传友团队继续在更多植物上试验，并同时给多个研究团队提供相应物种的再生因子REF1，开展更广泛的物种试验。
李传友表示，再生因子REF1，在小麦、玉米、大豆、土豆、向日葵以及果树等多种植物中，都表现出了极强的战斗力。大豆、小麦和玉米等是公认的难转化作物，外源施用了再生因子REF1后，转化能力提高了6到9倍，遗传转化效率提高4到5倍。
“我们做植物的遗传转化，简单说就是转进目标基因，得到新的植株材料。原来我处理100个叶片，能长出20个新植株就不错了。但是添加上这种小肽以后，我再做100个叶片，它可以再生出八九十个新植株，效率就提高了四五倍。”杨文韬举例向记者解释。
据了解，目前，再生因子REF1及其使用方法已成功申请了国际专利。
