植物嫁接又失?。磕憧赡苄枰?“一支煙”
仙人掌科內(nèi)的嫁接 圖源pixabay.com
枝條掛番茄，根部結(jié)土豆，這樣的嫁接普通人會(huì)驚嘆，但業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為很自然。因?yàn)榉押屯炼苟紝儆谇芽?，通過嫁接就可以生長(zhǎng)在一起。但是，成功的嫁接通常只發(fā)生在親緣關(guān)系比較接近的植物間。到底是什么影響了嫁接的成功率尚不清楚。
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平時(shí)生活中的水果、蔬菜和花卉，有不少是嫁接得到的 [1-3]。嫁接是將不同植物傷口連接在一起，傷口愈合后就成為了一棵完整的新植株 [4-5]。盡管嫁接在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中很常用，但通常只有在親緣關(guān)系接近的同科植物間進(jìn)行嫁接才容易成功 [6]。那到底是什么影響了嫁接的成功率呢？
8月7日，日本名古屋大學(xué)的研究人員在《科學(xué)》雜志上發(fā)表研究，揭示了嫁接成功的奧秘。原來，煙草這個(gè) “萬能膠” 可以作為媒介，把原本不能嫁接在一起的植物嫁接在一起[7]。
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煙草嫁接能力驚人
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比其他植物，煙草的嫁接能力尤為突出，與不同科的植物也能成功嫁接。
研究人員選取了菊花（菊科）、大豆（豆科）和煙草（茄科）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓菊花作為砧木，三種植物分別作為接穗嫁接在菊花上。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，嫁接在菊花上的菊花長(zhǎng)勢(shì)良好順利開花，嫁接在菊花上的大豆無法存活，而嫁接在菊花上的煙草則長(zhǎng)勢(shì)良好，在三個(gè)月后順利結(jié)實(shí)。而使用煙草作為砧木時(shí)，與其他科的植物也能順利嫁接。研究人員繼續(xù)測(cè)試了煙草的能力，發(fā)現(xiàn)在42個(gè)科84種植物中，煙草作為接穗或砧木能與38科73種植物進(jìn)行嫁接，成功率驚人。
A：煙草/擬南芥嫁接成功；C：蔓長(zhǎng)春花/煙草嫁接成功
DAG：嫁接后的天數(shù)；Nodes：節(jié)點(diǎn)數(shù)
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煙草 “粘合劑” 的秘密
煙草的強(qiáng)大嫁接能力引起了研究人員的興趣。于是，他們對(duì)煙草/擬南芥嫁接后2到28天的結(jié)合處進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析。他們發(fā)現(xiàn)，隨著嫁接處傷口的愈合和生長(zhǎng)，煙草激活了與生長(zhǎng)素作用、創(chuàng)傷修復(fù)、形成層和維管發(fā)育相關(guān)的基因。在愈合初期，活躍的基因集中在胞外區(qū)、細(xì)胞壁和質(zhì)外體中，表明在嫁接過程中，細(xì)胞壁發(fā)生了重建。
而在活躍的基因中，研究人員關(guān)注到了編碼β-1,4-葡聚糖酶的 NbGH9B3 基因。β-1,4-葡聚糖酶在纖維素消化和細(xì)胞壁松弛或重建中發(fā)揮作用，因此研究人員推斷 NbGH9B3 促進(jìn)了嫁接界面上細(xì)胞的黏附。
隨后的一系列實(shí)驗(yàn)證實(shí)了研究人員的推測(cè)。NbGH9B3 基因沉默，使嫁接后煙草容易與擬南芥分離，嫁接處形成壞死層，出現(xiàn)細(xì)胞壁折疊，并于2周后宣告嫁接失敗。此外，研究人員還使用基因編輯獲得了 NbGH9B3 基因的敲除株系，其與煙草的嫁接成功率僅為60%，而 NbGH9B3 基因正常的野生型煙草與擬南芥嫁接的成功率可達(dá)91%。
實(shí)際上，GH9B3基因在許多植物中都能發(fā)揮類似的作用，但為什么煙草與不同科植物嫁接的成功率特別高呢？
研究人員經(jīng)過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，許多植物只有在科內(nèi)植物相互嫁接時(shí)才激活這種嫁接機(jī)制，而煙草在與其他科植物嫁接時(shí)也能使用這個(gè)機(jī)制。
由于煙草的這個(gè)特性，研究人員嘗試使用煙草作為 “粘合劑”，將番茄接穗嫁接到擬南芥或者大豆砧木上。結(jié)果嫁接后 “三合一” 植株順利生長(zhǎng)并在3到4個(gè)月后結(jié)果。使用這個(gè)方法，更多的“三合一”嫁接組合也獲得了成功。
A：番茄/擬南芥。猜一猜B-G有哪些神奇的組合吧！
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在未來的研究中，研究人員將進(jìn)一步探索β-1,4-葡聚糖酶如何促進(jìn)細(xì)胞-細(xì)胞黏附。但該研究已經(jīng)為我們展現(xiàn)了嫁接技術(shù)更大的潛力，更多的嫁接組合可以更好的增加根系的多樣性，從而在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)破壞最小的情況下幫助作物生產(chǎn)。
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