柑橘是世界第一大水果，其品種改良意義重大。由于柑橘類果樹童期長、珠心多胚和性器官敗育，常規(guī)雜交育種周期長、效率不高。值得注意的是，通過細(xì)胞工程和基因編輯等生物技術(shù)手段能有效規(guī)避上述育種障礙，提高柑橘種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良效率。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)鄧秀新院士領(lǐng)導(dǎo)的柑橘研究團(tuán)隊(duì)利用柑橘珠心多胚現(xiàn)象（孢子體無融合生殖），多年來從柑橘多胚性品種未受精敗育胚珠（含珠心胚起始細(xì)胞）誘導(dǎo)并保存了100多個(gè)基因型的胚性愈傷組織，形成了世界規(guī)模最大、種類最全的柑橘離體種質(zhì)庫，廣泛用于生物技術(shù)操作并創(chuàng)制了大量新種質(zhì)。但多數(shù)柑橘胚性愈傷組織在繼代保存過程中體細(xì)胞胚發(fā)生能力逐漸減弱，已成為生物技術(shù)用于柑橘種質(zhì)創(chuàng)新的主要再生瓶頸。
上世紀(jì)80年代初，來自以色列的研究人員發(fā)現(xiàn)將MT基本培養(yǎng)基的碳源由蔗糖替換為甘油，無需添加任何植物激素，即可誘導(dǎo)柑橘胚性愈傷組織產(chǎn)生體細(xì)胞胚。40余年來，該誘導(dǎo)方法被國內(nèi)外同行沿用至今，但其作用機(jī)理尚不明晰。
該研究發(fā)現(xiàn)，柑橘胚性愈傷組織轉(zhuǎn)移至甘油培養(yǎng)基后，生長素信號(hào)迅速減弱，CsTCP14和CsIAA4先后被誘導(dǎo)表達(dá)。CsTCP14結(jié)合CsIAA4啟動(dòng)子激活其表達(dá)；在過量表達(dá)CsTCP14的胚性愈傷組織中，CsIAA4被激活表達(dá)，生長素信號(hào)減弱；過表達(dá)編碼穩(wěn)定IAA蛋白的CsIAAm突變序列，也抑制胚性愈傷組織生長素信號(hào)響應(yīng)，進(jìn)而提高體細(xì)胞胚發(fā)生能力。外源添加IAA，抑制體細(xì)胞胚發(fā)生；而添加生長素信號(hào)抑制劑PCIB，促進(jìn)體細(xì)胞胚發(fā)生。CsIAA4和CsTCP14過表達(dá)促進(jìn)體細(xì)胞胚發(fā)生能力的效應(yīng)被外源IAA減輕，卻被PCIB進(jìn)一步加強(qiáng)。由此構(gòu)建了CsTCP14- CsIAA4模塊通過抑制生長素信號(hào)從而促進(jìn)柑橘體細(xì)胞胚發(fā)生的調(diào)控通路。該研究首次明確了生長素信號(hào)在甘油培養(yǎng)基誘導(dǎo)柑橘體細(xì)胞胚發(fā)生過程中的重要作用，為解決生物技術(shù)用于柑橘種質(zhì)創(chuàng)制的再生瓶頸提供了理論依據(jù)和調(diào)控途徑。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生王鵬博為該論文第一作者，伍小萌教授為該論文通訊作者。郭文武教授提供了重要指導(dǎo)，段耀園博士生和全如夢(mèng)碩士等參與了該研究。該研究受到國家自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金資助。
論文鏈接：http://doi.org/10.1111/nph.20442
