【Nature】实现“不可能”！剑桥大学在单子叶植物中实现嫁接，推翻了以前的认知

植物嫁接是普遍的，并且自古以来就被用于作物改良。然而，在单子叶植物中， 由于维管束形成层的缺失被认为不能进行嫁接。2021年12月22日，Nature杂志在线发表了来自剑桥大学Julian M. Hibberd课题组题为“Monocotyledonous plants graft at the embryonic root–shoot interface“的研究论文。该研究成功在单子叶植物中实现了嫁接技术，推翻了单子叶植物不能嫁接的认知。因此，该研究表明嫁接相容性是种子植物之间的共同能力。

嫁接是一种古老的农业方法，它依赖于植物进行自我修复的能力。嫁接将独立的根系和枝条系统连接起来，形成一个双植物系统表现出优越的性状。成功的嫁接取决于嫁接口的形成，这是一种将砧木和接穗结合起来的动态解剖连接器。以前大家认为单子叶植物的嫁接是一个几乎不可能的任务，将失败归因于单子叶和双子叶植物之间解剖结构的差异，尤其是单子叶植物没有双子叶植物特有的内细胞层，即维管生成层。

该研究首先假设未分化或胚性愈伤组织可以在单子叶中进行嫁接。通过多次试验，该研究在小麦中使用了萌发中的种子，将一个植物胚胎的胚芽移去，替换成另一个供体种子的胚芽，并且保证被移植的部分和胚根紧贴在一起，可发育为类嫁接体植物。

进一步使用转基因 pUBIQUITIN::GUS 小麦系来证明遗传上不同的植物也可以嫁接并生长至成熟。在这种方法下，嫁接结合形成于下胚轴，它将胚芽和胚根分开。当胚芽被切除并替换在同一物种种子中时，嫁接小麦的效率最高可达79%。此外，不同的六倍体小麦基因型也成功融合，效率为31%。之后，该研究利用类似的方法在水稻中也实现了嫁接，说明了单子叶植物嫁接的可行性。见下图：

接下来该研究还测试了在其他单子叶植物分类群中是否可以进行嫁接。在 11 个单子叶植物目中，跨越 9 个系统发育不同目的数十种物种可以自嫁接。此外，还可以在相差甚远的两种谷物之间完成嫁接，比如嫁接小麦和高粱。

之后，该研究还测试了在单子叶植物中是否可以通过嫁接来修饰茎干的性状。当将野生型水稻砧木与含有与独脚金内酯激素生物合成有关的类胡萝卜素裂解双加氧酶 8基因突变的接穗融合时，这挽救了由独脚金内酯缺乏引起的过度分蘖表型。此外，将燕麦砧木嫁接到小麦接穗上，小麦对禾谷镰刀菌具有耐受性，这表明嫁接单子叶植物可以带来农业效益。

最后，该研究通过RNA-seq方法揭示了在嫁接连接处附近的细胞里基因被快速重编程，其中许多基因与再生过程相关，这是嫁接形成的前兆。研究观察到的一些基因表达模式与在双子叶植物嫁接形成过程中所看到的很相似，也有一些基因表达模式是单子叶植物所特有的。综上所述，该研究研究结果推翻了维管形成层是植物嫁接形成的先决条件的共识，表明胚胎下胚轴允许大多数单子叶植物进行嫁接。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04247-y

转自：“iPlants”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！