推翻以往共识，实现单子叶植物嫁接！
英国剑桥大学植物学系Julian M. Hibberd在Nature上发表了研究成果，该研究成功在单子叶植物中实现了嫁接技术，表明嫁接亲和性是种子植物间的共有能力。
文章题目
Monocotyledonous plants graft at the
embryonic root–shoot interface
第一作者：Gregory Reeves
通讯作者：Julian M. Hibberd
通讯单位：英国剑桥大学植物学系
杂志：Nature
影响因子：69.504/Q1
文章链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04247-y
研究背景
嫁接基因可使植物生长出截然不同的根和芽组织，也可以引入使得芽矮化或抗病虫害的各种性状。而这种传统普遍的农业实践并没有应用到单子叶植物上。单子叶植物属于包括许多主要作物在内的陆地植物第二大类群，研究者们认为单子叶植物维管形成层的缺失和维管束的分散排列阻碍了嫁接。
技术方案
组织学分析
外源荧光染料应用
内源激素移动互补试验分析
嫁接植物发育至成熟试验观察分析
研究意义
作者发现在单子叶三大类群（鸭跖草分支、百合分支和泽泻分支）通过胚性下胚轴均能够进行种内或种间的嫁接。研究数据推翻了以往单子叶植物无法形成嫁接结合的共识，并确定实现这一过程的分生组织位于下胚轴，同时也证明了嫁接亲和性是种子植物间共有的能力。
研究者首先假设未分化组织或胚性愈伤组织可以在单子叶植物中嫁接结合。虽然胚性愈伤组织的多次尝试均以失败告终，但能够发现如果将小麦(T. aestivum-orange)种子的胚芽替换为另一种珍珠栗(P. glaucum-blue)的胚芽，可以获得与未嫁接植株相似的类嫁接体植物。
▲单子叶嫁接方法（小麦与珍珠粟）
利用转基因pUBIQUITIN::β-GUS小麦株系研究表明，基因不同的植株也可以嫁接并生长到成熟。嫁接结合于下胚轴，它将胚芽和胚根分开。在同一物种的种子中，切除并替换胚芽时，小麦嫁接效率最高(79%，n=78)，不同的六倍体小麦基因型也能成功融合(31%，n=345)。
嫁接原理图
▲单子叶植物可在中胚轴进行嫁接
接着，研究者试图探索单子叶植物嫁接植株基因表达的变化。对嫁接水稻在1天、3天、5天和7天的中胚组织进行深度测序，并与未嫁接组织和损伤样本进行对照。在上述时间，嫁接植株、嫁接植株和损伤样本之间检测到数百个差异表达基因(DEGs)。结果发现与对照相比，嫁接水稻维管连接更为丰富，表达谱分析鉴定了单子叶和双子叶植物对于嫁接统一的分子响应。
除了水稻和拟南芥嫁接反应的相似性研究以外，研究者还检测到了以前没有报道过的分子变化，鉴定到了一些与嫁接体相关的基因家族，涉及到嫁接过程中某些pre-miRNAs的下调等，这些基因家族在单双子叶植物中的作用还不甚清楚。
▲嫁接亲和性在单子叶植物中广泛存在
由于嫁接常用来修饰接穗的表型性状，因此研究者测试了在单子叶植物中是否可以通过嫁接来修饰茎部性状。当野生型水稻砧木与含有独脚金内酯激素生物合成有关的类胡萝卜素裂解双加氧酶8(carotenoid cleavage dioxygenase 8)基因突变的接穗融合时，挽救了由独脚金内酯缺乏引起的过度分蘖表型。此外，通过将易感的小麦接穗与具抗性的燕麦砧木嫁接，可获得对土传病原菌禾顶囊壳的抗性。
▲单子叶嫁接修饰表型
