華中農業(yè)大學在建立葫蘆科嫁接發(fā)根體系用于鑒定砧穗互作可移動信號研究中取得新進展

      近日，華中農業(yè)大學園藝植物生物學教育部重點實驗室、園藝林學學院別之龍教授課題組在葫蘆科作物發(fā)根體系和砧穗互作方面的研究成果以“An efficient root transformation system for CRISPR/Cas9-based analyses of shoot–root communication in cucurbit crops”為題在Horticulture Research發(fā)表。

 

       葫蘆科作物，包括黃瓜、南瓜、苦瓜、絲瓜、瓠瓜、西瓜、甜瓜等，是重要的瓜果類蔬菜。嫁接是一種古老的農藝手段，歷史悠久，沿用至今，仍然在園藝作物生產中廣泛使用。南瓜對枯萎病等土傳病害的抗性強，是其他葫蘆科作物的常用砧木。葫蘆科作物由于易嫁接、容易獲取木質部和韌皮部液等特點，也是研究植物地上和地下長距離信號的良好模型。以往以葫蘆科作物為對象，采用組學手段發(fā)現(xiàn)了大量可長距離運輸?shù)男盘栁镔|，然而由于大多數(shù)葫蘆科植物缺乏高效的轉基因體系，限制了相關基因的功能驗證和機制解析。因此，開發(fā)適合葫蘆科植物的相關基因功能驗證體系尤為重要。

 

       該研究采用農桿菌侵染帶有生長點的外植體，首先建立了一種適宜葫蘆科作物的發(fā)根體系，在南瓜中的效率可以達到84%,該體系同樣適用于黃瓜、甜瓜、絲瓜和葫蘆等葫蘆科作物（圖1）。另外，研究者還將發(fā)根體系的方法與嫁接方法進行了組合，可以在發(fā)根的同時進行嫁接，以實現(xiàn)對砧木的遺傳改造（圖2）。進一步，該研究在黃瓜/南瓜嫁接復合體中對CmoHKT1;1進行了基因編輯，相關機制研究表明CmoHKT1;1通過限制Na+的長距離運輸參與南瓜砧木提高黃瓜接穗的耐鹽性（圖3）。另外，將南瓜Na+/H+逆向轉運蛋白CmoNHX4超表達在黃瓜根系中能顯著提高黃瓜的耐鹽性（圖4）。該發(fā)根體系同樣適用于在根系細胞中進行亞細胞定位和對根系進行熒光染料染色觀察等細胞生物學實驗（圖4）。以上研究建立了適合葫蘆科不同嫁接組合的根系瞬時轉化系統(tǒng)，并將其成功應用于瓜類耐鹽基因的功能驗證，為研究葫蘆科作物根系基因功能及砧穗互作提供了一種有效方法。

 

      華中農業(yè)大學園藝林學學院碩士研究生耿守玉、博士研究生Hamza Sohail和博士研究生曹海順為論文共同第一作者，我校園藝植物生物學教育部重點實驗室別之龍教授和楊麗副教授為共同通訊作者。本研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、湖北省自然科學基金創(chuàng)新群體、中央高?；究蒲袑ｍ椯Y金和國家西甜瓜產業(yè)技術體系等項目的資助。