全能性

概述

全能性(totipotency)：指個體某個器官或組織已經分化的細胞在適宜的條件下再生成完整個體的遺傳潛力。

關於全能性的定義基本上可以分三種。一種是說“已分化細胞具有重新發育為完整個體的潛能”，這種說法將受精卵排除在外，但事實上現在人們達成共識認為受精卵全能性最強；一種說法是“一個細胞包含著這種生物的全部遺傳信息，在適當的條件下可以發育成一個完整的生物體”，這種說法嚴格講是將花葯離體培養或卵細胞發育成個體排除在外了（存疑）；1984年國際組織培養協會作出的定義最全面“細胞全能性為細胞的某種特徵，有這種能力的細胞保留形成有機體所有細胞類型的能力”，這個定義包含了受精卵、花葯、卵細胞的分化發育，也包含了培養細胞生產次生代謝物的情況（如紅豆杉細胞培養生產紫杉醇）。

受精卵當然是具有全能性的，動物隨著其個體發生的進行和決定之後全能性便失掉。與此相反，在植物高度分化的體細胞仍保持全能性。這可由從胡蘿蔔和菸草等數種植物的莖、根的愈傷組織分離出的細胞或葉肉細胞，通過培養胚的發育或器官分化而再生成植物體的實驗得到證明。

分化細胞保留著全部的核基因組，它具有生物個體生長、發育所需要的全部遺傳信息，即能夠表達本身基因庫中的任何一種基因，也就是說分化細胞具有發育為完整個體的潛能，稱為全能性。

未經受精的卵細胞和發育初期的胚胎細胞，有分化成為組織、器官、形成個體的能力稱之為全能性。

隨著這一發育過程的進行，一個細胞所具有的分化能力，被局限在細胞所屬的肌器、器官和組織內。對哺乳動物在胚胎形成階段的早期，核的全能性卻已消失。從把分化的細胞核移植到蛙的受精卵而獲得克隆蛙的實驗中得知，全能性主要取決於細胞核及其周圍細胞質的相互作用。儘管受精卵的基因存在於所有的分化細胞質的相互作用。儘管受精卵的基因存在於所有的分化細胞核中，但並非用任何細胞核都可以得到克隆蛙。由於全能性的喪失，大多數的核均難以獲得成功。

植物細胞的全能性

所謂植物細胞的全能性，是指植物體上任何一個器官中已分化成熟細胞，具有形成完整植物體的遺傳潛力。為什麼植物細胞具有全能性呢？我們知道，一個植物體的全部細胞，都是從受精卵經過有絲分裂產生的。受精卵是一個特異性的細胞，它具有本種植物所特有的全部遺傳信息。因此，植物體內的每一個體細胞也都具有和受精卵完全一樣的DNA序鏈和相同的細胞質環境。當這些細胞在植物體內的時候，由於受到所在器官和組織環境的束縛，僅僅表現一定的形態和局部的功能。可是它們的遺傳潛力並沒有喪失，全部遺傳信息仍然被保持在DNA的序鏈之中，一旦脫離了原來器官組織的束縛，成為游離狀態，在一定的營養條件和植物激素的誘導下，細胞的全能性就能表現出來。於是就象一個受精卵那樣，由單個細胞形成愈傷組織或胚狀體，再進而長成一棵完整的植株。所以離體培養之所以能夠成功，首先是由於植物細胞具有全能性的緣故。