植物颇具灵活性和适应性,这是其生存和繁殖所要求的。它的根部会向着水源伸展,叶子会向着阳光生长,不过在逃避捕食者或寻找配偶方面就几乎没有选择了。作为补偿,许多植物都进化出了修复机制和生殖策略,这种策略可以让植物甚至在没有精卵结合的情况下也能产生后代。一些植物能够通过茎的分支、根和鳞茎繁殖,但另一些甚至更加极端,能够从单个体细胞创造出新的个体。例如,大多数柑桔类树木都能够从未受精配子周围的组织形成胚芽——没有一种动物能完成这项技艺。室内植物落地生根(Bryophyllum)能够从叶子的边缘长出胚芽,有点像雅典娜从宙斯的头上冒出来(这是一个古希腊神话故事——译者注)。

差不多50年前,科学家们已经能够在实验室里巧妙地处理胡萝卜的细胞使之形成胚胎,并最终长成完整的胡萝卜植株。从那时起至今,人们已经用被称为体细胞胚胎发生/形成的技术繁殖了许多物种,包括咖啡、木兰、芒果和玫瑰。加拿大一家公司培植了大片全部是冷杉树的森林,所有的冷杉都是用组织培养的方法繁殖的。就像克隆动物的研究人员一样,植物学家对实际控制单个体细胞变成整个植物体这一过程的机理知之甚少。寻找这个问题的答案,将可能使人们弄明白在发育过程中细胞的命运是怎样确定下来的,以及植物是怎样成功地将这种灵活性、适应性保留下来的。

目前科学家们甚至还不能确定哪些细胞具有胚胎发生的能力。尽管早期的研究工作设想:所有的植物细胞都具有一样的易变性,但是近来的证据表明,只有一部分细胞能够转化成胚胎。不过,那些细胞在转化前看上去像什么呢?这还是个谜。

研究人员对胚胎发育的过程进行了观察,但是没有发现直观的能够揭示细胞将要萌芽的模式;而对某些类型的基因表达进行染色处理,也没得到什么结果。

关于这个过程可能涉及的分子,研究人员确实有几个线索。在实验室里,除草剂2,4-二氯苯氧乙酸(一种选择性除草剂)能够刺激培养的细胞生长形成新的细胞壁,开始分裂以形成胚芽。这种除草剂是植物激素生长素的一种合成类似物。生长素控制的方面很多,从植物对光和重力的反应到果实的成熟等。在自然的体细胞胚胎发生中生长素可能也是重要的:在靠近叶缘边的叶脉顶端长出的胚芽,生长素水平相对较高。近来的工作还证实:在模式植物拟南芥(Arabidopsis)中某些基因过量表达或表达不足,都能在看上去正常的叶细胞中刺激胚芽形成。

揭开体细胞胚胎发生/形成(或称为无性胚胎发生/形成)这个难题,可能有助于科学家弄明白植物在控制下仍持续生长时用来维持灵活性和适应性的细胞开关。发育生物学家渴望了解如何比较植物和动物中的无性胚胎发生/形成机制。的确,控制植物体细胞胚胎发生1形成的一些过程,可能与在动物克隆或肢体再生中发生的过程相似。

从实用的水平上看,科学家喜欢在仍需要正常授粉的农作物(例如玉米),上使用实验室繁殖技术。那将加速新品种的育种,提高杂交苗的产量。无论是农民还是消费者都会感谢这种技术。

桔树的胚芽能够从一个单独的体细胞内长出来。