《The Plant Cell》期刊于2022年1月发表了题为《Fifteen compelling open questions in plant cell biology》的专家观点合集，由18位来自全球顶尖科研机构的植物细胞生物学家联合撰写，包括Cornell University的Adrienne H. K. Roeder（通讯作者）、University of Wisconsin-Madison的Marisa S. Otegui、Washington University的Ram Dixit等学者。该论文以开放性问题形式梳理了植物细胞生物学领域15个最具挑战性的未解之谜，旨在激发学界对关键科学瓶颈的探索。
细胞器身份与膜动态平衡
Marisa S. Otegui提出：在高通量膜运输（vesicle trafficking）和膜重塑过程中，细胞器如何维持其身份识别域与边界稳定性？研究指出高尔基体相关转运网络（GA-TGN）存在分泌区（含AP-1、clathrin）和液泡运输区（含AP-4、VAMP727）的功能分区，但驱动这些膜域空间隔离的分子机制仍不明确。冷冻电镜和蛋白质相分离技术可能成为突破该问题的关键工具。
微管骨架的机械传感机制
Ram Dixit探讨了皮层微管（cortical microtubules）是否构成植物机械感受器。实验证据显示微管通过细胞壁-质膜-细胞骨架连续体感知机械应力，其晶格变形可能暴露张力敏感蛋白结合位点（如MAP65、katanin）。光学镊子技术证实体外微管拉伸可改变蛋白结合特性，但体内力信号转导至钙离子/pH响应的具体路径仍需验证。
细胞壁合成与完整性感知的协同调控
Charles T. Anderson强调细胞壁合成、组装与完整性监测（cell wall integrity sensing）的联动机制。研究发现壁聚合物片段可作为损伤相关分子模式（DAMPs）激活受体信号，但壁层”化石记录”（如分层沉积模式）如何影响后续合成仍待解析。固态核磁共振（NMR）和代谢标记技术为追踪壁动态提供新思路。
胞间连丝开闭的生物学意义
Christine Faulkner质疑胞间连丝（plasmodesmata）动态调控的生理逻辑。免疫响应中，胼胝质（callose）沉积介导的胞间连丝关闭发生于刺激后30分钟内，但隔离状态如何促进局部信号阈值积累（如激素浓度）仍缺乏定量模型。FM4-64与GFP示踪实验显示孔径选择性与发育阶段相关。
液泡至细胞核的逆行信号
Yan Zhang提出液泡动态（如核周管状液泡形成）可能通过两种途径影响核活动：一是调控BRII、PIN等膜蛋白定位改变激素信号；二是通过液泡质子/钙离子稳态影响转录因子活性。功能缺失突变体显示液泡生物合成缺陷直接导致配子体有丝分裂停滞（图5），暗示液泡形态与细胞周期存在直接耦合。
根系细胞容纳真菌内共生的机制
Maria J. Harrison解析了从枝菌根（arbuscular mycorrhiza）中植物细胞重构的细胞学奇迹：皮层细胞通过前穿透装置（prepenetration apparatus, PPA）引导菌丝侵入，随后形成包裹丛枝的周丛枝膜（periarbuscular membrane, PAM）。EXO70I、VAPYRIN等蛋白参与PAM定向分泌，但机械信号（如液泡收缩降低膨压）如何协调膜生长仍需研究。
细胞边缘在形态发生中的作用
Charlotte Kirchhelle指出多面体细胞的边缘（cell edges）具有独特力学与生化特性：既是微管成核位点（含SOSEKI家族极性标记蛋白），又积累去酯化果胶增强机械强度。Rab-a5c GTP酶介导的边缘定向运输通路可能通过局部改变细胞壁力学调控生长方向。
细胞分裂位点决定机制
Gohta Goshima比较了植物特有的早前期带（preprophase band, PPB）标记系统与动物 centrosome 机制的差异。值得注意的是，拟南芥PPB缺失突变体仍能基本正常发育，暗示存在微管独立的皮质标记系统（如机械应力介导的极性因子定位）。
多倍化的细胞生物学效应
Jeremy E. Coate和Jeff J. Doyle探讨多倍体（polyploidy）引发的涌现特性：细胞/核尺寸增加可能改变染色质可及性、核孔密度（图9F），但不同细胞类型响应差异显著（如保卫细胞vs栅栏组织）。合成同源多倍体是研究尺寸效应与细胞稳态的理想模型。
机械力触发细胞命运转变的可能性
Olivier Hamant质疑机械信号能否独立诱导新细胞身份。虽然微管解聚可导致茎端分生组织基因异位表达，但机械扰动通常仅增强原有表达模式，提示力学反馈主要起模式强化作用而非起始新命运。
该论文通过15个关键问题全景式呈现植物细胞生物学的前沿挑战，具有三重价值：
1. 领域导航作用：系统梳理了从亚细胞器到组织尺度的重要盲区，如膜区室化、机械信号转导等交叉问题；
2. 方法论启示：突出技术创新需求，如冷冻电镜解析膜微区、光学镊子量化力-生化信号耦合、新型离子探针开发等；
3. 理论突破点：强调植物特异性机制（如PPB）与真核保守通路的演化关系，为比较细胞生物学提供框架。
这些开放性问题共同指向一个核心范式：植物细胞通过膜动态-细胞壁-细胞骨架的级联反馈网络，实现环境响应与发育程序的整合解析。该合集不仅为青年学者提供选题指南，更推动领域从现象描述向机制解析的深度转型。