葉綠體在植物的細胞壁內運動。新的研究表明，在植物嫁接中，整個細胞器有時可以穿過細胞壁上的特殊氣孔進入不同物種的細胞。

十多年前，植物遺傳學家在觀察植物嫁接時發現了一些奇特的現象。當兩株植物生長在一起時，每一株植物的細胞都顯示出從另一株獲得了大量DNA的跡象。就其本身而言，這並不是史無前例的，因為基因水平轉移在細菌、真菌、植物甚至動物中並不罕見。但在這種情況下，轉移的DNA似乎是葉綠體完整的基因組。這帶來了一個難題，因為植物細胞將自己封閉在細胞壁內，沒有明顯的途徑讓這麼多的DNA進入。

現在，研究人員透過拍攝影片，終於找到了答案。不僅細胞壁比想象的多孔，而且植物似乎已經發展出一種機制，使整個細胞器能夠爬過細胞壁進入相鄰的細胞。

瑞典烏普薩拉農業科學大學研究嫁接的植物生物學家查爾斯·梅爾尼克說：“真正的新奇之處在於，他們展示了實際的細胞器在移動，而不僅僅是從一個細胞移動到另一個細胞。”“這是兩種不同的植物交換細胞器。”

至少從古羅馬時代起（漢代至魏晉時期），農民就開始使用植物嫁接來種植果樹和葡萄藤。將一個接穗（植物開花結果的部分）嫁接到固定的根莖上，可以幫助幼小的果樹提早結出果實，提高它們對病蟲害的抵抗力。嫁接也發生在自然界中，緊密相連的植物會相互接觸，最終融合在一起。在移植部位，植物會形成愈傷組織，透過傷口的組織重新恢復水和營養的流動，有時還會產生新芽。

大約十年前，研究人員將兩種菸草植物嫁接在一起，並對愈傷組織兩邊的基因進行測序。他們發現葉綠體的整個基因組在砧木和接穗之間發生了交換。（和線粒體一樣，葉綠體和其他被稱為質體的植物細胞器都是古代內生細菌的殘餘，攜帶著它們自己的遺傳物質。）事實上，整個150千鹼基的葉綠體基因組被完整地轉移，而不是像裸露的DNA片段在其他基因之間隨意重組。

羅格斯大學的植物科學家帕爾·馬里加說，“這不是你所期望的植物細胞會發生的情況。”馬里加獨立發現了移植物中葉綠體和線粒體轉移的遺傳學證據。植物細胞有一層堅硬的細胞壁，所以“我對植物細胞的印象是，細胞質被關在籠子裡，”馬麗加說。

轉移的遺傳證據提出了一個真正的難題，細胞壁上唯一已知的開口是微小的胞間連絲，這是一種狹窄的“橋”（只有大約0.05微米寬），允許相鄰的植物細胞交換蛋白質和RNA分子，而葉綠體通常直徑約為5微米。

這個謎團一直持續到亞歷山大·赫特爾用電子顯微鏡觀察移植物薄片，他發現細胞開口比以前見過的都大。但即使是那些直徑可達1.5微米的細胞，對於葉綠體來說也顯得太窄了。

然後，在觀察愈傷組織中的活細胞時，赫特爾捕捉到了葉綠體遷移的影象。一些葉綠體變成了更原始、更活躍的原質體，小到0.2微米。在赫特爾的觀察下，原質體沿著細胞膜內側爬行，到達新發現的細胞壁孔下面的位置。胞膜的芽狀突起突起進入相鄰的細胞，形成細胞器。當移植物中的組織組織重新建立時，葉綠體恢復到葉綠體的正常大小。

所以細胞壁上肯定有小孔，可以讓質體透過。葉綠體的變態還沒有被很好地理解，但它似乎是對碳飢餓和較少的光合作用的反應。當研究人員關燈後，他們觀察到更多的質體去分化，細胞器轉移的頻率增加了5倍。

被轉移的質體在新的宿主細胞中如何發揮作用取決於這兩個物種的親緣關係有多近。如果基因與核DNA的不匹配過於極端，細胞器可能無法工作，最終會丟失。但它們可以在近親的細胞中茁壯成長。

馬利加懷疑原質體可能含有或產生幫助移植物傷口癒合的訊號分子。在細胞壁上形成的大開口似乎也是植物對移植物部位傷口的緊急癒合反應的一部分，但它們也可能發生在正常植物發育的某些階段。

整個細胞器的遷移可以幫助解釋觀察到的現象，即生長在彼此相鄰的不同山毛櫸樹叢中的葉綠體比生長在間隔更廣的山毛櫸叢中的葉綠體有更多的遺傳相似性。葉綠體捕獲事件也解釋了為什麼研究人員在重建植物進化歷史時有時會得到不一致的結果，細胞核和葉綠體基因組可能有不同的譜系。

目前還不清楚這種透過細胞器遷移的基因組轉移在自然界中發生的頻率。也許植物在細胞間移動葉綠體是為了應對傷害，沒有人知道。但是，如果植物進化出了一種細胞器轉移的機制，那麼相對罕見的自然嫁接事件可能只是它們的一次機會。

不論是否普遍，這種現象都可能具有進化或生態意義。，一旦嫁接愈傷組織中的花葉細胞開始產生根、發芽和開花，它就可能產生一個新物種或亞種，特別是當細胞壁開放到足以容納細胞核基因組時。如果大自然提供了一種在植物之間轉移細胞器的簡單方法，生物技術研究人員就可以用它來創造理想的新作物物種。