植物具有強大的器官再生能力。離體子葉、根或莖段在激素誘導下，可形成愈傷組織，并進一步產生不定芽、不定根，最終再生為完整植株。該過程既是發育生物學中的經典問題，也是作物遺傳轉化和種質創新的重要基礎。

過去幾十年，植物再生研究多聚焦于生長素、細胞分裂素以及 WUS、CLV3、PLTs、CUC2 等關鍵基因。然而，愈傷組織內部高度異質，不同細胞狀態在空間上交錯分布。一個關鍵問題是：在沒有預存干細胞龕的受傷組織中，植物如何重新組織細胞命運，形成能夠啟動新生芽的功能性干細胞龕？

近日，北京大學現代農業研究院李博生研究員團隊在Molecular Plant在線發表題為 “Super-resolution multimodal spatial transcriptomics reveals an ovoid stem-cell niche structuringde novoshoot regeneration” 的研究論文。該研究以番茄離體子葉再生為模型，整合測序型空間轉錄組、單核轉錄組和成像型空間轉錄組，對受傷至芽從頭再生全過程進行連續解析，構建了覆蓋約 116 萬個細胞的高分辨率時空圖譜。研究發現，愈傷組織中會形成一個此前未被充分認識的卵形干細胞龕，由外周信號層、中間可塑性區室和中央靜息核心組成；其中，外周信號層的 EPFL8b 小肽具有維持該結構并促進芽再生的新功能。該研究提示，植物再生并不只是關鍵基因被激活，更取決于細胞狀態能否被組織成正確的空間結構。

圖1 多模態空間組學解析番茄芽從頭再生過程，并定位卵形干細胞龕的形成

進一步分析顯示，該卵形干細胞龕具有明確的空間分工：外周信號層富集 CUC2 和 EPFL8b，可能負責感知和傳遞位置信號；中間可塑性區室富集 STM 和 PLT3a，具有發育可塑性；中央靜息核心富集 WUS、CLV3 和 RAD17，細胞周期活性較低，可能承擔維持干細胞龕穩定性的功能。這一結構說明，新生芽并非由愈傷組織中隨機一群表達再生標志基因的細胞產生，而是來自一個具有層級結構和信號方向性的組織單元。

圖2 EPFL8b 小肽信號維持卵形干細胞龕，并促進芽從頭再生

功能實驗表明，EPFL8b 與其受體 ER/ERL1 在空間上分離，分別位于外周信號層和中間可塑性區室。外源添加 EPFL8b 可促進番茄芽再生；epfl8b 突變體中，WUS、CLV3、STM、CUC2 等標記基因仍可被檢測到，但其空間分布紊亂，無法形成正常卵形結構，導致再生效率下降。這說明 EPFL8b 的作用并非簡單提高某個再生基因的表達，而是參與組織干細胞龕的空間結構。研究還發現，外源 EPFL8b 可促進辣椒、番茄野生材料以及小麥愈傷組織的芽再生，提示該信號模塊可能用于提升作物再生效率。

圖 3 研究引入了 10x Xenium高分辨率成像型空間轉錄組技術

該研究同時具有重要技術意義。團隊引入并優化了植物樣本的超分辨率多模態空間組學框架，將測序型與成像型空間轉錄組整合到細胞乃至亞細胞尺度，克服了植物組織樣本中 RNA 降解和空間信號漂移等限制，在植物再生研究中達到以往難以實現的分辨率。由此建立的百萬細胞級空間圖譜，也為后續圍繞候選細胞狀態、局部信號和再生因子的假說驅動型功能研究提供了系統資源。

綜上，該研究揭示了愈傷組織中卵形干細胞龕的形成及 EPFL8b 小肽在空間結構維持中的關鍵作用。相關發現拓展了傳統以基因為中心的植物再生研究范式，強調結構組織是再生過程中同等重要的基本原則，為理解植物發育可塑性、優化作物再生體系和提升遺傳轉化效率提供了新的視角與資源。

北京大學現代農業研究院李博生研究員為該論文通訊作者。北京大學現代農業研究院宋協海副研究員、張少蔓助理研究員、岳智亮副研究員和科研助理劉永琪為論文共同第一作者。北京大學現代農業研究院王繼縱研究員、張華偉研究員、侯書國研究員、10X Genomics 公司邱川博士、云南大學姜凱研究員、南方科技大學方亮研究副教授、山東農業大學李剛教授、濰坊學院許瑞瑞?教授、清華大學陳浩東研究員和北京大學現代農業研究院鄧興旺院士對該研究提供了重要指導與支持。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、山東省自然科學基金、山東省農業良種工程重點研發項目、泰山學者計劃和鳶都學者計劃等項目資助。

李博生博士現為北京大學現代農業研究院研究員、作物分子育種和細胞生物學實驗室主任、單細胞和單分子公共分析平臺主任。課題組主要圍繞作物重要農藝性狀相關器官的分化發育、細胞再生、單細胞組學、空間組學和納米孔測序技術開展研究。因課題組和平臺發展需要，長期歡迎對相關研究方向感興趣的學生、科研人員和訪問學者加入。聯系方式：

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論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.05.008