长期以来，植物一直是动物和人类的主要营养来源。此外，植物还用于提取各种药用和治疗化合物。然而，它们的滥用以及对食物的需求不断增长，凸显了对新型植物育种实践的需求。植物生物技术的进步可以通过生产出具有更高生产力和对气候变化适应能力的转基因 (GM) 植物来解决未来与粮食短缺相关的问题。

自然地，植物可以通过去分化和再分化成具有各种结构和功能的细胞，从单个“全能”细胞(可以产生多种细胞类型的细胞)再生出一株全新的植物。通过植物组织培养对这种全能细胞进行人工调控，广泛应用于植物保护、育种、转基因物种的产生和科学研究。传统上，植物再生的组织培养需要应用植物生长调节剂 (PGR)，如生长素和细胞分裂素，来控制细胞分化。然而，最佳激素条件会因植物种类、培养条件和组织类型而有很大差异。因此，建立最佳 PGR 条件可能既费时又费力。

为了克服这一挑战，副教授 Tomoko Igawa 与千叶大学副教授 Mai F. Minamikawa、名古屋大学生物农业科学研究生院教授 Hitoshi Sakakibara 以及 RIKEN CSRS 专家技术员 Mikiko Kojima 合作，通过调节控制植物细胞分化的“发育调节剂”(DR) 基因的表达，开发了一种多功能的植物再生方法。Igawa 博士于 2024 年 4 月 3 日在《植物科学前沿》第 15 卷上发表了他们的研究成果，他进一步介绍了这一成果： “我们的系统不使用外部 PGR，而是使用参与发育和形态发生的 DR 基因来控制细胞分化。该系统利用转录因子基因，类似于哺乳动物的诱导多能细胞生成。”

研究人员异位表达了两种 DR 基因，即拟南芥(用作模型植物)中的BABY BOOM (BBM)和WUSCHEL (WUS) ，并研究了它们对烟草、生菜和矮牵牛组织培养物分化的影响。BBM编码一种调节胚胎发育的转录因子，而WUS编码一种维持茎尖分生组织区域干细胞身份的转录因子。

他们的实验表明，拟南芥 BBM或WUS的单独表达不足以诱导烟草叶组织中的细胞分化。相反，功能增强的BBM和功能修饰的WUS的共同表达会诱导加速和自主分化表型。在没有 PGR 应用的情况下，转基因叶细胞分化为愈伤组织(无序的细胞团)、绿色器官状结构和不定芽。定量聚合酶链反应 (qPCR) 分析(一种用于量化基因转录本的技术)表明，拟南芥 BBM和WUS的表达与转基因愈伤组织和芽的形成有关。

鉴于植物激素在细胞分裂和分化中的关键作用，研究人员继续量化了转基因植物培养物中六种植物激素的水平，即生长素、细胞分裂素、脱落酸 (ABA)、赤霉素 (GA)、茉莉酸 (JA)、水杨酸 (SA) 及其代谢物。他们的研究结果表明，随着细胞分化形成器官，活性生长素、细胞分裂素、脱落酸和非活性 GA 的水平会增加，这突出了它们在植物细胞分化和器官形成中的作用。

此外，研究人员还利用 RNA 测序转录组(一种用于定性和定量分析基因表达的技术)来评估表现出活跃分化的转基因细胞中的基因表达模式。他们的结果表明，在差异上调的基因中，与细胞增殖和生长素相关的基因得到了富集。使用 qPCR 进一步验证发现，转基因细胞中有四个基因被上调或下调，包括调节植物细胞分化、代谢、器官发生和生长素反应的基因。

总体而言，这些发现揭示了一种新颖且通用的植物再生方法，无需外部应用植物生长调节剂。此外，本研究中使用的系统有可能增进我们对植物细胞分化基本过程的理解，并改善有用植物物种的生物技术育种。