2026年6月17日，深圳理工大学合成生物学院杨贞标教授团队在植物学权威期刊PlantCommunications发表了题为 “Agrobacteriumtumefaciens-derived cytokinin induces thetransdifferentiation of pavement cells totrichomes in tobacco leaves"的研究论文。该文首次揭示了农杆菌来源的细胞分裂素能够直接“唤醒”已完全分化的植物表皮细胞，使其重编程并转分化为高价值的“细胞工厂”--腺毛。这一发现突破了成熟叶片腺毛数量受限的生物学瓶颈，为植物天然产物的绿色高效制造开辟了全新路径。

一片成熟的叶子，就像一个功能齐备的工业园区。铺满叶片表面、形态规整的“铺路细胞”(PavementCells)，就像园区里最基础的铺路石，本分地支撑着叶片的形状和结构。而零星散落在其中的“腺毛”(GlandularTrichomes)，则是园区里身价不菲的“高级化工厂"一一它们马力全开，专门合成、转运并储存青蒿素、大麻素这类极其珍贵的次生代谢药物

在传统的生命科学认知中，细胞的命运是一条"单行道”:一旦"铺路细胞成型(即终末分化)，就始终保持铺路细胞的命运，绝不可能再变身成精密工厂。这种细胞命运的锁定，直接卡住了植物细胞工厂产能的脖子一一叶片长成后，腺毛的数量就固定了，产量也随之触顶。

但生命科学的迷人之处，就在于总有不按常理出牌的"例外”。

一场美丽的“意外”

研究的突破口，源自一次原本常规的实验。研究人员在用农杆菌（GV3101菌株）处理本氏烟草叶片时，敏锐地捕捉到了一个异常现象：被GV3101处理过的叶片区域，腺毛的密度竟然出现了肉眼可见的暴增！

GV3101侵染成熟本氏烟叶片后，肉眼可见叶片表面出现大量新生毛状体(图A)，扫描电镜进一步证实该现象(图B)，而其他农杆菌菌株及缓冲液对照均无此表型，表明GV3101具有特异的毛状体诱导能力。

顺藤摸瓜，研究团队测试了六种常用的农杆菌菌株，发现只有GV3101、C58C1和K599这三位“天选之子”能够施展这种“点石成金”的魔法。它们究竟藏着什么秘密武器？进一步比对发现，这三种菌株的Ti质粒上，都携带了一个名为tzs（trans-zeatin synthase）的基因，而那些无法诱导腺毛的菌株则没有这个基因。

这个基因的作用，正是合成一种名为“反式玉米素”的细胞分裂素—原来，农杆菌悄悄递给烟草叶片的“命运转变通知书”，正是这种特殊的化学信号。

质粒元件分析显示不同农杆菌菌株携带的Ti/Ri质粒差异（图C）；表型验证则表明，仅携带完整Ti质粒的GV3101、含tzs的EHA105及外源细胞分裂素6‑BA可诱导毛发生成，缺失Ti质粒的ΔTi突变体完全失效（图D），证明该诱导依赖于Ti质粒及其介导的细胞分裂素信号。

铁证：层层拆解，实锤锁定为了把这个故事彻底讲清楚，研究团队进行了严谨验证：

· 多维度的实验论证：研究团队分别去除了GV3101中的Ti质粒、将tzs基因硬核“塞进”原本无效的EHA105菌株中，甚至直接简单粗暴地外源注射细胞分裂素类似物（6-BA）。通过这些精巧的实验，结合LC-MS对反式玉米素含量的精准检测，实锤了正是tzs基因介导合成的细胞分裂素按下了转分化的启动键。

· 高精度的时空追踪：在实验设计中，研究人员对本氏烟草叶片设置了四种不同的处理对照，捕捉细胞转分化的分子标记。测序结果显示，在接收到信号后，细胞内部发生了剧烈的转录组重编程：负责决定腺毛身份的“高管基因”（如TTG1、GL2、MIXTA1等）被大量激活，而那些只会维持铺路细胞形态的“老员工基因”（如IQD21、CYCD1;1等）则被迅速边缘化并抑制。

· 震撼的视觉证据：在扫描电子显微镜的连续观察下，原本平整的成熟铺路细胞表面，竟直接向外鼓出一个个小包，随后以肉眼可见的形态逐渐发育成一根根全新的腺毛。仅仅侵染9天后，成熟叶片上的腺毛数量就飙升了近10倍！

GV3101诱导的毛状体呈现分支、簇生等异常形态（图G）；发育过程显示，新生毛并非源于幼叶原表皮细胞，而是由成熟铺面细胞经圆顶状突起重新启动发育，并经历多个分化阶段（图H–I）。

从“机制解码”到“未来智造”

如果说揭示细胞命运的可塑性是满足了科学的好奇心，那么这项研究撬动的应用空间则更令人期待。

一直以来，合成生物学都在苦苦寻找更高效的“底盘”来生产植物天然产物。传统的思路是改造微生物，但植物自身的细胞器与酶系往往具有微生物无法替代的优势。现在，这项研究给出了一个新启示：既然成熟的叶片可以通过简单的细胞分裂素信号被重新编程，源源不断地“增建”腺毛工厂，那么我们是否可以通过人工施加诱导剂或基因工程改造，在特定的生长阶段、特定的叶片部位，精准地唤醒这一过程？

文章最后指出，这一发现不仅刷新了我们对植物细胞命运灵活性的认知，更为下一代生物制造提供了一个极具潜力的“平台型工具”。当然，从“厂房扩建”走向“产品下线”，还有关键一步要走。下一步，研究人员需要将治疗癌症、生产香料等特定化合物的合成基因簇导入这些新生腺毛中，并验证它们的“生产线”是否马力全开。但至少现在，我们手里已经有了一把能够突破腺毛数量瓶颈的“万能钥匙”。

可以预见，当这把钥匙与特定的“高价值产品生产程序”相结合时，田间地头的烟草叶片将不再只是叶片，而有望成为低成本、大规模、绿色可持续的天然药物“超级工厂”。这片叶子的故事，才刚刚开始。

研究团队

中国科学院深圳先进技术研究院博士后王凤姣和博士研究生刘嘉林为论文共同第一作者；福建农林大学吴双教授和中国科学院深圳先进技术研究院周翔副研究员为该研究提出了宝贵的意见；深圳理工大学师云云科研助理参与研究项目；深圳理工大学杨贞标教授和叶玲玲特聘副教授为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、广东创新团队项目、深圳理工大学启动经费以及国家重点研发计划资助。

文字丨刘嘉林、魏琪予

编辑丨魏琪予

审核丨杨贞标、高艺博