《Current Opinion in Plant Biology》：Plant regeneration: From activation to fate determination
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植物表现出多样的再生策略来愈合伤口、重新生长器官和克隆繁殖。这些再生策略依赖于诱导性信号，如创伤、胁迫或激素，启动细胞分裂和细胞分化。然而，创伤同时激活再生和防御反应，并且已明确植物会主动决定何时再生以及再生什么。通过整合细胞壁、激素、机械和环境信号，植物能够
植物表现出多样的再生策略来愈合伤口、重新生长器官和克隆繁殖。这些再生策略依赖于诱导性信号，如创伤、胁迫或激素，启动细胞分裂和细胞分化。然而，创伤同时激活再生和防御反应，并且已明确植物会主动决定何时再生以及再生什么。通过整合细胞壁、激素、机械和环境信号，植物能够启动并塑造多种多样的再生结果，如愈伤组织形成（callus formation）、根再生（root regeneration）、嫁接（grafting）和芽形成（shoot formation）。在此，研究人员讨论了植物如何激活再生并建立多种多样再生结果的最新进展，重点聚焦于再生的多样性、防御与再生之间的权衡、信号在命运决定中的作用，以及外部线索如何促进再生可塑性。这些知识有助于更好地理解再生的适应性意义，并通过改变命运结果来增强植物再生的生物技术应用。
Introduction（引言）
植物在生长过程中面临食草、病害、风、雪、切割及极端温度等多种胁迫。为此，植物利用再生策略激活细胞分裂与分化，以愈合伤口、再生长器官，甚至形成全新个体。创伤的两个标志是防御反应的快速激活和损伤修复。二者共享激素、活性氧（reactive oxygen species, ROS）和钙信号等共性，但在输出上发生分化：再生中的植物倾向于生长，而防御则偏向细胞死亡和抗微生物分子产生。创伤后不久，来源于既有干细胞群或先前分化细胞的干细胞会分裂分化形成新身份，这是再生的关键特征。不同物种的再生能力和策略差异显著：苔藓类植物再生能力较强，而单子叶植物再生能力相对有限。自古以来，人们利用嫁接、压条、营养繁殖和截干等方式进行植物增殖与改良。现代再生研究始于20世纪50年代，经典实验证明改变外源生长素（auxin）和细胞分裂素（cytokinin）的平衡可改变离体器官命运和再生结果；烟草叶肉单细胞在适当激素条件下甚至能再生成完整植株。本文重点讨论植物如何决定再生命运。
The diversity of regeneration（再生的多样性）
创伤或激素胁迫后，植物组织可采取不同的再生命运，包括组织修复、愈伤组织形成、从头根或芽器官发生，以及嫁接愈合。具体命运取决于发育阶段、伤口位置、物种身份和环境线索的整合。在拟南芥中，离体叶柄根据水分可用性可再生成从头根或创伤诱导愈伤；前者与WOX11-LBD16根发育通路激活相关，后者与WOX4-LBD11形成层相关通路激活相关，并伴随不同的空间生长素响应。两个受伤叶柄接触时可发生嫁接愈合，此过程依赖WOX13的激活。相反，叶尖附近的伤口通过茉莉酸（jasmonic acid, JA）和脱落酸介导的木质素沉积进行封闭，无可检测的生长素响应。因此，生长素的有无是决定封闭还是再生的重要因素。根尖切除后，靠近根尖的区域可重新激活干细胞程序再生缺失的根尖，但该能力局限于距根尖约200微米范围内，此处PLETHORA2（PLT2）水平足够高；而该范围之外的伤口则激活WOX11通路并起始侧根形成。拟南芥下胚轴嫁接的位置也决定命运：上胚轴嫁接易成功，而中、下胚轴嫁接则促进不定根形成并导致嫁接失败。茎部伤口可根据情境发生嫁接愈合、空中压条不定根形成或截干后芽再生。激素诱导再生同样展示命运的可塑性：侧根原基在富含细胞分裂素的芽诱导培养基上，通过从根干细胞调控因子WOX5向芽干细胞调控因子WUSCHEL（WUS）的逐渐转换而变成芽原基；在富含生长素的愈伤诱导培养基上则被重编程为多能愈伤；无外源激素时则继续侧根发育。多能愈伤在芽诱导培养基上通过WUS与WOX13的相互抑制再生芽，在含生长素的根诱导培养基上通过激活根发育程序再生根。不同物种间再生命运也存在差异：拟南芥离体叶主要再生根或愈伤，而水生植物Rorippa aquatica和秋海棠的离体叶可同时再生芽和根以实现完整植株再生；水稻等许多单子叶植物再生能力有限。去顶的番茄下胚轴易于再生新芽，而拟南芥相应组织主要形成创伤诱导愈伤。再生多样性反映了相同或相似组织根据组织身份、伤口位置、发育阶段、物种和环境条件而采取不同命运的能力。
Making the decision to regenerate（做出再生决定）
创伤后，受损细胞释放肽类、糖类、核苷酸和细胞壁来源分子，统称为损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns, DAMPs）。这些DAMPs可触发免疫反应或再生反应。近期研究表明，植物会平衡这两条路径，类似于资源限制下的生长-防御权衡。不同DAMP具有识别作用：酶解或遗传修饰果胶或纤维素会激活再生相关转录因子，如DNA BINDING WITH ONE FINGERs（DOFs）和ETHYLENE RESPONSE FACTOR 115（ERF115）；而寡聚半乳糖醛酸等细胞壁降解产物则激活防御反应。聚合度为10至15的寡聚半乳糖醛酸能有效激活防御，而较短的寡聚半乳糖醛酸可能抑制防御甚至促进生长。脂质信号也参与调控：磷脂酸（phosphatidic acid, PA）通常促进防御，但在愈伤形成过程中脂质代谢被重塑，PA水平降低，从而增强生长素信号并提高再生潜力。在蛋白水平上，创伤诱导植物硫肽（Phytosulfokine, PSK）激活细胞增殖，而突变PSK受体则增强对活体营养型病原菌的免疫力。另一小肽RAPID ALKALINIZATION FACTOR33（RALF33）激活再生正调控因子ERF115，并抑制再生负调控因子、防御正调控因子TOPLESS-RELATED4（TPR4）。受损细胞释放的谷胱甘肽可加速细胞周期并促进细胞分裂。谷氨酸受体样蛋白（glutamate receptor-like proteins, GLRs）控制快速创伤响应以激活防御，抑制GLR功能则能下调防御并增强拟南芥和玉米的再生，进一步凸显再生与防御之间的权衡。尽管存在权衡，二者也有共同信号：JA在创伤后快速诱导，既参与防御，也参与再生；短暂的JA升高可激活生长素生物合成基因ASA1并诱导再生。拟南芥中METACASPASE4在创伤后30秒内释放pep1肽激活免疫，而番茄中pep1的同源物REGENERATION FACTOR1（REF1）通过激活转录因子WOUND INDUCED DEDIFFERENTIATION1（WIND1）同时促进防御和再生。WIND1驱动细胞重编程和再生，在拟南芥中既受创伤也受病原菌诱导；WIND1相关突变体对假单胞菌更敏感，且再生存在缺陷。这些数据表明，植物能快速激活共通的JA-REF1-WIND1反应，但可根据DAMP身份、JA响应持续时间以及生长相关蛋白的存在与否，在病原或创伤胁迫消失后偏向再生。
Internal signalling decides regeneration fates（内部信号决定再生命运）
机械应力是另一层内部线索。通过细胞消融靶向破坏细胞会产生强烈的膨压冲击，改变邻近细胞的力学特性。这些机械信号与增强的生长素信号和ERF115激活共同促进再生性细胞分裂。在根中，表皮和侧根冠等外层细胞消融会激活来自内皮层细胞的由内向外再生；而内部维管干细胞受损时，则由外层内皮层细胞进行由外向内的再生。燕麦、玉米和烟草的原生质体分裂依赖适当的膨压调节。细胞力学也促进细胞分化：叶片表皮损伤会释放下层叶肉细胞的机械压力，使其从叶肉细胞分化为表皮细胞。在拟南芥激素诱导再生中，XYLOGLUCAN ENDOTRANSGLUCOSYLASE/HYDROLASE 9（XTH9）介导的细胞壁松动改变机械特性，促进干细胞样分化和芽分生组织形成。激素信号同样是决定再生结果的关键。经典实验表明，高外源生长素/细胞分裂素比例诱导根形成，而高外源细胞分裂素/生长素比例诱导芽形成。现代研究揭示，高生长素水平通过激活PLT1/PLT2等干细胞调控因子，将中柱鞘细胞重编程为多能愈伤；随后去除生长素或低生长素处理通过诱导WOX5等根发育基因的局部表达促进根命运。相反，高细胞分裂素处理通过PLT3、PLT5、PLT7、CUP-SHAPED COTYLEDON 2（CUC2）和XTH9等转录因子将愈伤导向芽命运。WIND1受创伤激活后还能上调细胞分裂素响应，并激活ENHANCER OF SHOOT REGENERATION1（ESR1）以促进芽形成。内源激素的协同也见于受伤根中：周皮损伤后，内源乙烯泄漏而环境中氧气进入伤口，改变乙烯和缺氧信号，激活内层细胞的木质素和木栓质沉积，从而修复保护性周皮。因此，通过协调乙烯、细胞分裂素和生长素等激素信号，植物可在屏障形成、愈伤、芽或根形成之间切换再生命运。
Environmental cues shape regeneration decisions（环境线索塑造再生决定）
环境在促进或决定再生结果中起重要作用。温暖温度通过增强生长素信号，有利于嫁接接合处的维管再生，并通过改变生长素生物合成和染色质标记促进愈伤和芽形成。热激转录因子HSFA1（heat shock factor A1）已知能激活热激响应，在创伤后被迅速激活并上调PLT3和WIND1，表明温度与创伤胁迫的耦合有利于细胞和发育重编程。中度低温通过C-REPEAT BINDING FACTOR 3（CBF3）诱导促进根干细胞龛再生；而长期低温处理通过CBF介导的组蛋白乙酰化激活WOX5，增强创伤诱导愈伤形成和从头芽再生。光照通过诱导光合绿组织细胞发育并协调糖信号，促进番茄芽再生。外部环境还可改变再生命运。拟南芥叶片基部切割后可同时产生创伤诱导愈伤和从头根，局部水分可用性介导二者平衡：高水分诱导茉莉酸和乙烯响应，使生长素响应最大值远离伤口位置，从而促进从头根再生；低水分则使生长素响应靠近伤口位置，促进愈伤形成。番茄中也观察到类似命运转换，这解释了为何湿土空中压条效果最佳，以及高水分低琼脂培养基能增强激素诱导生根。水淹同样通过促进乙烯信号增强生长素诱导的愈伤形成。病害也能引起再生命运变化：根癌农杆菌通过产生细胞分裂素和生长素诱导感染部位愈伤，而发根农杆菌则通过ROL基因改变生长素敏感性和代谢诱导根形成。总之，环境与外部线索既具有指导性又具有许可性，通过重塑内源信号网络将组织导向特定的再生命运。
Concluding remarks（结论与展望）
再生是植物应对损伤、病害、食草和环境胁迫的基础能力，但植物必须平衡再生程度：WIND1过度激活会导致植物整体转变为愈伤，而伤口闭合不足则会引起伤口部位失控性细胞死亡甚至植株死亡。再生与防御最初共享包括REF1肽、WIND1转录因子和JA激素在内的共同信号，但两种命运很快发生分叉。目前尚不清楚再生特异性因子如PSK或RALF33如何被优先选择，胁迫持续时间可能起关键作用，类似于短暂JA激活再生而持续JA激活防御的模式。特定胁迫可能产生诊断性线索，细胞壁完整性变化的类型、生长素水平以及是否存在病原或植食者相关分子模式，都可能帮助区分再生与防御。抑制防御反应已被证明可改善玉米愈伤形成、拟南芥根再生、水稻愈伤增殖和烟草芽再生。未来的研究应关注利用空间转录组学和单细胞测序表征再生组织的拓扑结构，以解析哪些细胞响应胁迫以及不同细胞群体是否分别执行防御与再生功能；进一步鉴定激活再生的特异性DAMPs将极具价值。表观遗传学对细胞身份也很关键，解析组蛋白修饰和DNA甲基化的作用有助于阐明命运决定如何执行。最终，理解植物如何感知环境输入并与内部信号相协调应成为优先方向，这将为通过环境调控增强离体再生奠定基础。
