2025 年 11 月 6 日，《Molecular Plant》刊發(fā)了題為 《A synthetic transcription cascade enables direct in planta shoot regeneration for transgenesis and gene editing in multiple plants》 的最新研究。來自德克薩斯理工大學(xué)、明尼蘇達大學(xué)和墨西哥國立理工學(xué)院的團隊成功開發(fā)出一種新的植物基因工程方法，能夠?qū)鹘y(tǒng)需要數(shù)月甚至一年的育種周期縮短至短短數(shù)周。
這一成果不僅標志著作物生物技術(shù)的關(guān)鍵瓶頸被進一步突破，也為全球快速育種提供了一條全新的技術(shù)路徑。
植物“自愈機制”變成育種新引擎
傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因或基因編輯育種流程，需要從單個細胞開始誘導(dǎo)再生，最終長成一株完整植株。這個過程對許多物種極為困難：番茄需 4 個月以上；棉花甚至要 接近 1 年；豆類、辣椒等品種組織培養(yǎng)更是難上加難。
長期以來，植物再生效率低、周期長、技術(shù)復(fù)雜，一直被視為作物基因改造的“瓶頸之瓶頸”。
而這項新技術(shù)的突破之處在于：直接利用植物受傷后的自然再生能力，讓基因?qū)牒托卵可赏桨l(fā)生。
當植物被修剪時，會啟動自動修復(fù)程序——形成愈傷組織、啟動細胞分裂、長出新芽。這一過程由 WIND1和 ESR1等關(guān)鍵蛋白串聯(lián)調(diào)控，如同一場環(huán)環(huán)相扣的分子“接力賽”。
研究團隊將這些調(diào)控基因的指令嵌入農(nóng)桿菌（Agrobacterium）中，再將其施用于植物切口，誘導(dǎo)植物在自我愈合過程中直接生成帶有轉(zhuǎn)基因或基因編輯的芽體。
實驗成果與突破
番茄、煙草成功率超 20%
在實驗中，研究人員首先在煙草上進行測試。結(jié)果顯示：約 35% 的切口長出紅色標記的轉(zhuǎn)基因新芽
在番茄中：成功培育轉(zhuǎn)基因植株的比例達到 21%，這對于無需傳統(tǒng)組織培養(yǎng)、直接在植株上完成改造的技術(shù)而言，已屬重大突破。
大豆的意外進展
大豆向來以再生困難著稱。初次實驗并未成功，但研究團隊通過改進方法——將農(nóng)桿菌作用于催芽后的種子，再進行 3.5 周的短期培養(yǎng)，最終成功獲得 28% 的轉(zhuǎn)基因芽體。
相比傳統(tǒng)大豆育種需在組織培養(yǎng)中維持 3–4 個月甚至更長，將周期壓縮到 3.5 周 被視為“跨越式進展”。
論文通訊作者 Gunvant Patil 表示：“我們的方法繞開了耗時漫長的組織培養(yǎng)，直接調(diào)動植物自身再生能力。這種方式或?qū)⒅匦露x下一代作物改良技術(shù)。”
智種評論
這項突破性成果，不僅展示了植物再生研究的前沿方向，也為我國加速推動生物育種創(chuàng)新提供了值得借鑒的路徑。
我國在玉米、小麥、水稻、大豆等主要作物上仍高度依賴傳統(tǒng)組織培養(yǎng)體系，耗時長、成本高。“傷口誘導(dǎo)—原位再生”模式為構(gòu)建 自主快速再生體系提供了新思路。
愈傷誘導(dǎo)、激素調(diào)控、再生信號通路等都是快速育種平臺的核心科學(xué)問題。
我國有必要持續(xù)投入基礎(chǔ)科研，補上關(guān)鍵理論短板，構(gòu)建自主可控的育種底層能力。
該技術(shù)成功依賴于植物生理學(xué)、分子遺傳學(xué)、微生物工程等領(lǐng)域的深度協(xié)作。我國種業(yè)創(chuàng)新也需加快建立類似的跨界融合體系，形成完整技術(shù)鏈條。
如果此類技術(shù)體系不斷成熟，將顯著提升大豆、油菜、玉米等關(guān)鍵作物的改良速度。建議在國家生物育種重大專項框架下，優(yōu)先開展驗證與示范研究。
快速育種體系的應(yīng)用離不開表型鑒定、種子繁育、品種審定等配套體系的現(xiàn)代化。只有打通從實驗室到田間的全鏈條，技術(shù)才能真正轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)競爭力。
結(jié)語
當植物的“自愈力”被科學(xué)激活，育種技術(shù)的邊界便被重新劃定。育種周期被壓縮、難度被降低、品種創(chuàng)新被加速——這不僅是一次技術(shù)進步，更是一次育種范式的轉(zhuǎn)變。
未來的種業(yè)競爭，拼的將不僅是誰能育出好品種，也拼誰能更快、更穩(wěn)、更高效地育出好品種。抓住技術(shù)加速的窗口期，讓科研、產(chǎn)業(yè)與政策同頻共振，中國種業(yè)完全有機會在全球競爭中實現(xiàn)躍升。
來源：isaaa，細胞科學(xué)等/文章原文：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(25)00322-3
