植物為何能存活數百上千年？它的細胞如何“永葆青春”？中國科學家找到了關鍵答案

在自然界，植物能夠存活數百上千年，甚至上萬年，而包括人類在內的動物，存活的時間卻要短很多。這是為什么？植物綿延不絕的生命力，激發著人類對生命永續的無限遐想。

北京時間2025年12月5日凌晨，中國科學院分子植物科學卓越創新中心楊衛兵團隊在國際權威學術期刊《科學》發表論文，揭示了植物“永葆青春”的奧秘。

“核心開關”：植物干細胞的細胞壁二元密碼

與動物不同，植物在其生命周期內不斷地產生新的枝、葉、花與果實，這一切的生命律動，都源于一類核心的細胞群——植物干細胞。它們分布于莖頂端、根尖等“生長中樞”，通過精確的分裂與分化，繪制出植物生長的藍圖，也正是由于干細胞活性的精妙調控，塑造了全球約39萬種植物的多樣形態。

那么，植物是如何維持其干細胞功能以實現強大的再生能力？探索這一核心問題，不僅是植物科學研究的重要前沿，也將為提高作物產量、改良果蔬品質、增強林木環境適應性開辟全新的理論框架與技術途徑。

左圖顯示擬南芥花序和莖頂端分生組織。洋紅色標記為細胞壁，綠色指示正在分裂的干細胞。右圖為植物初生細胞壁結構示意圖。

楊衛兵團隊通過多年研究發現，在植物莖尖干細胞區域，細胞壁的主要成分果膠（pectin）呈現出獨特的“二元分布”模式：新形成的細胞橫壁偏“軟”，富含去甲酯化果膠；而成熟的細胞壁則更“硬”，以高度甲酯化的果膠為主。這種“軟硬兼備”的時空構型，對維持干細胞微環境穩態至關重要。

研究進一步發現，植物能夠通過精確控制某些mRNA（信使分子）在特定時間和位置的分布，來精細調節細胞壁的微觀結構。這種調控幫助干細胞在合適的時間、以正確的方式進行分裂，從而確保植物正常發育和形態構建。細胞壁結構的動態變化，像是控制干細胞命運的一個“核心開關”，引導其在分裂、分化等不同狀態間轉換。

研究團隊在觀察植物干細胞 “時間膠囊”：鎖定干細胞命運的信使RNA

研究團隊進一步解析了這一“核心開關”的運作機制。發現負責催化果膠“軟化”的關鍵酶PME5，其信使RNA（mRNA）在轉錄后并不立即進入細胞質，而是被特異性滯留于細胞核內，形成一個與細胞周期同步的mRNA儲備庫。只有當細胞分裂啟動、核膜解體之際，這些被禁錮的mRNA才被同步釋放，迅速翻譯為功能蛋白，精準作用于新生細胞壁，實現細胞壁局部的、定時定點的“軟化”調控。

這種mRNA的核內隔離機制，猶如一個預設的“時間膠囊”，確保了細胞壁修飾程序僅在細胞分裂的關鍵時間窗口被激活，從而實現新舊細胞壁性質的精確區分。該機制完美解釋了植物如何在緊密相鄰的細胞區域維持截然不同的細胞壁力學特性。

細胞壁超微結構調控干細胞穩態模型。 育種新途：為培育高產高效農作物提供思路

值得關注的是，該調控機制在玉米、大豆、番茄等多種作物中高度保守。作物的株高、分蘗數、穗型和果實大小等關鍵農藝性狀，都與干細胞活力密切相關。

基于“細胞壁精準設計”策略，該研究發現有望提升作物分生組織活性和產量潛力，為培育高產高效作物、保障國家糧食安全、助力“雙碳”目標實現，提供關鍵的理論支撐和技術路徑。

楊衛兵研究員（中）與文章第一作者朱先苗（左）和陳興（右）