Hortic Res | 浙江农林大学建立木本植物高效稳定的根遗传转化体系及其在细胞器研究中的应用

生物学研究已经进入到一个将生物现象简化为分子行为的时代。然而，生物功能很少依赖于单个分子，相反，这些功能往往是错综复杂的细胞活动协同作用的结果。因此，理解各种细胞器在不同发育阶段和环境条件下的行为和相互作用对于解决基本生物学问题极其重要。遗憾的是，大多数植物细胞生物学研究都是在模式植物中完成的。因此，开发多年生木本植物细胞生物学观察体系尤为重要。

2023年12月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）浙江农林大学题为Tracking organelle activities through efficient and stable root genetic transformation system in woody plants 的研究论文。

研究者利用发根农杆菌介导的方法建立了一个高效的木本植物根的遗传转化体系（图1），该体系已在多个多年生木本物种中成功验证。研究者以柑橘为例，用各种荧光蛋白marker转化以标记不同的亚细胞结构，例如内质网，肌动蛋白细胞骨架，线粒体和质体等（图2），并以MT-GFP标记的线粒体为例，观察了根细胞中线粒体的实时动态成像（图3）。

图1. 发根农杆菌介导的根遗传转化流程

图2. 各种荧光融合蛋白在柑橘根细胞中的成像

图3. MT-GFP标记的活细胞成像显示了柑橘根细胞中线粒体的动态运动

线粒体能够感知各种胁迫并做出相应的反应。研究者将转基因 MT-GFP标记的根细胞置于各种胁迫条件下以模拟果树作物所面临的各种逆境环境，并对线粒体的形态结构，运动速率进行了细致观察。结果表明，线粒体在不同胁迫下会发生显著变化，主要表现为线粒体数量、大小和结构的改变。在轻度应激条件下，线粒体表现出肿胀，细胞内线粒体裂变和融合频繁发生；严重的胁迫会导致不可逆的线粒体破裂（图4）。

图4. 激光共聚焦和透射电镜显示了不同胁迫下线粒体的形态变化

以上研究建立了木本植物根的稳定遗传转化体系，并利用该体系观察根细胞内的活细胞成像，为多年生木本植物的细胞生物学和基因功能验证提供一个稳定高效的实验体系。未来利用该体系的研究将有助于揭示特定细胞器的功能和调控机制，并揭示木本植物中细胞器之间的相互作用。

浙江农林大学园艺科学学院孙学鹏教授为该论文通讯作者，浙江农林大学园艺科学学院青年教师宫金礼为第一作者，浙江农林大学园艺科学学院本科生陈奕杉，研究生徐燕娜、顾淼烽，青年教师马海杰、胡校粒、李晓龙，浙江大学焦晨研究员参与了该研究。感谢华中农业大学王鹏蔚教授提供本研究使用的细胞器marker。本研究得到了浙江省农业新品种选育重点项目（2021C02066-1）、国家自然科学基金（32102318）、浙江省自然科学基金（LR23C150001；LQ23C150004）、国家自然科学基金优秀青年科学基金（海外）和浙江农林大学科研启动基金项目（2021-0301-SXP）的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uha‍d262

转自：“园艺研究”微信公众号

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