【Plant Cell】突破！植物跨物种嫁接的一个关键因子被鉴定，为未来农业提供可能

嫁接是一种提高嫁接接穗在双子叶植物和木本植物中的生长性能，增强果实品质，生产特性和抗病性的可行方法。然而，不相容性严重限制了嫁接的应用，并且对嫁接不相容性仍然知之甚少。The Plant Cell 在线发表了来自康奈尔大学Margaret Frank课题组题为“Gene regulatory networks for compatible versus incompatible grafts identify a role for SlWOX4 during junction formation”的研究论文。该研究鉴定到一个嫁接核心调节因子SlWOX4，表明该基因是嫁接过程中维管束系统重新连接是必不可少的，并且可以作为嫁接失败的早期指标。

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。在茄科中，马铃薯 、烟草 和茄子通常与番茄嫁接用于园艺目的。与其他茄科植物不同，辣椒属（辣椒）仅与其他辣椒属的嫁接相容，番茄和辣椒嫁接组合被描述为“严重”不兼容。不相容的移植物在多年生作物中存活数月甚至数年而没有形成成功的维管束连接的能力被称为延迟不相容性。根和枝条生长发育迟缓或不定根的形成以及大而隆起的嫁接口都是延迟性不相容性的症状。具有延迟不相容性的嫁接组合最终会在嫁接处断裂，这给商业种植者带来了严峻的挑战。

尽管嫁接的历史悠久且应用广泛，但目前只发现8 个基因直接与嫁接形成有关，这些基因参与细胞增殖、维管束的形成。鉴于维管束的重新连接在嫁接形成过程中的重要作用，因此参与形成层-木质部维持相对良好特征的过程的基因可作为有希望的连接形成发育调节剂。以前研究表明，拟南芥根中WOX4和 WOX14 参与形成层细胞的维持。，其中 WOX14 的下游基因是重要的形成层调节剂，如KNAT1和LBD4。 那么WOX14 是否对嫁接具有重要的调节作用呢？

该研究通过将解剖过程与预测的调节相互作用联系起来，研究了相容与不相容移植物的分子机制。该研究建立了番茄和辣椒作为研究移植物不相容性的模型系统。该系统在嫁接的第一周内表现出解剖学连接失败的迹象。通过生成连接形成的详细时间表，查明这种延迟不相容性的细胞基础。此外，该研究还基于这些关键的解剖学事件推断了相容自体嫁接和不相容异种嫁接的基因调控网络，并确定了 16 个番茄和辣椒中嫁接连接形成的候选基因，其中许多基因首次被描述为与嫁接相关。

最后，该研究检查了维管束发育在嫁接形成中的作用，并发现 SlWOX4 作为嫁接相容性的潜在调节因子。同时通过遗传学实验表明Slwox4突变体的同种嫁接未能在连接处形成木质部桥，这表明SlWOX4 在嫁接过程中维管束重新连接是必不可少的，并且可以作为嫁接失败的早期指标。

综上所述，该研究将整个可嫁接保守的解剖时间线分为以下几部分：初始粘附、愈伤组织增殖、接穗砧木接触、非维管细胞增殖、维管细胞增殖以及通过重新连接的韧皮部和木质部链恢复的生理运输等。并且确定了 16 个番茄和辣椒中嫁接连接形成的候选基因，同时功能验证了SlWOX4是嫁接过程中维管束系统重新连接是必不可少的。

论文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koab246/6381589

转自：iPlants

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