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为解决多年生黑麦草（Lolium perenne L.）在干旱地区适应性差的问题，研究人员开展了利用干旱诱导型 RD29A 启动子驱动 IPT 基因表达以增强其耐旱性的研究。结果发现部分转基因植株和本地种质耐旱性更高。这为分子育种和干旱地区景观发展提供了依据。
在广袤的绿色世界里，多年生黑麦草是温带地区运动场、高尔夫球场以及城市景观中的重要一员。它凭借着快速建植和耐荫的特性，成为了人们装点环境的得力助手。然而，这种草却有一个明显的 “短板”—— 在干旱地区的生存能力欠佳，这极大地限制了它的生长范围和应用场景。与此同时，全球气候的变化使得干旱问题愈发严峻，如何提高多年生黑麦草的耐旱性，成为了科研人员亟待攻克的难题。
细胞分裂素（CKs）作为植物体内的重要激素，不仅在细胞分裂、枝条生长和叶片衰老等生理过程中发挥着关键作用，还与植物应对干旱胁迫的反应息息相关。研究表明，干旱时 CKs 水平会下降，进而影响植物的生长和对干旱的抵抗能力。而 ipt 基因能够调控 CKs 的合成，此前已有研究发现，通过基因工程手段调节 ipt 基因的表达，可以提高一些植物的耐旱性。但在多年生黑麦草中，相关研究还较为匮乏，其应对干旱胁迫的分子机制也大多不为人知。
为了填补这一知识空白，来自伊朗设拉子大学（Shiraz University）和希腊 ELGO - DIMITRA 研究所的研究人员 Somayeh Esmaeili、Hassan Salehi、Georgios Koubouris 等开展了一项极具意义的研究。他们试图利用干旱诱导型 RD29A 启动子驱动 ipt 基因在多年生黑麦草中的表达，以此增强植株的耐旱性，并将这些转基因植株与野生型（WT）植株以及本地多年生黑麦草种质进行对比研究。该研究成果发表在《Vegetos》杂志上，为多年生黑麦草的耐旱研究开辟了新的道路。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，对多种转基因、野生型和本地多年生黑麦草植株进行干旱处理，在不同阶段测量其生理生化指标。例如，通过测定叶绿素含量、相对含水量（RWC）、光化学效率（Fv/Fm）、光合速率等指标，评估植株的生长状况和耐旱能力；利用高效液相色谱（HPLC）测定叶片中 CKs 的含量；通过反转录聚合酶链式反应（RT - PCR）分析 ipt 基因的表达情况。此外，还运用了聚类分析、主成分分析（PCA）和相关性分析等统计方法，对实验数据进行深入挖掘。
研究结果如下：
- 视觉质量：在干旱胁迫下，WT 植株 3 - 4 天就出现叶片卷曲、萎蔫等症状，而 RD29A - IPT 转基因植株 7 - 10 天才开始显现。恢复浇水 14 天后，WT 植株叶片完全干枯，多数转基因植株外观尚可，且能长出新叶。本地种质大多比转基因植株更早出现干旱症状。
- 叶绿素含量和 RWC：在干旱胁迫下，所有植株的叶绿素含量和 RWC 均显著下降，但转基因植株的下降幅度相对较小。如 GM12 的叶绿素含量下降约 16%，而 WT 植株 GW 下降约 65%；GC3 和 GM24 的 RWC 下降幅度较小，分别为 18% 和 18%，WT 植株下降幅度则高达 91 - 92%。
- 光化学效率（Fv/Fm）和光合速率：干旱胁迫导致所有植株的 Fv/Fm 比值和光合速率显著降低，但转基因植株的 Fv/Fm 比值相对较高，部分转基因植株如 NC4 的光合速率下降幅度小于 WT 植株。
- 叶片 CK 含量：干旱胁迫下，WT 植株叶片的总 CK 含量下降，而转基因植株能维持较高的 CK 含量，尤其是 iPA 含量。例如，GC4 叶片的总 CK 含量比 WT 植株显著增加约 49.7%，GM21 的 iPA 含量较高，GM24 的 ZR 含量最高。
- 脯氨酸含量和电解质渗漏（EL）：干旱胁迫下，所有植株的脯氨酸含量增加，部分转基因植株如 SN14、GM12 等的脯氨酸含量高于 WT 植株。同时，多数植株的 EL 增加，但部分转基因植株如 GM12、GM21 等的 EL 值显著低于 WT 植株。
- 叶片丙二醛（MDA）和抗氧化酶：干旱胁迫下，所有植株的叶片 MDA 含量增加，WT 植株的 MDA 含量显著高于转基因植株。抗氧化酶方面，POD 活性在多数植株中增加，CAT 和 SOD 活性在转基因植株中较高，且二者在干旱适应和恢复过程中的作用比 POD 更显著。
- 多变量数据分析：通过聚类分析和 PCA 发现，GM12、GM24 等转基因植株表现出良好的耐旱性，部分本地种质如 Komehr1 等也具有一定的耐旱潜力。Fv/Fm、RWC 等与视觉质量（VQ）呈正相关，SOD、CAT 等与 EL 和 MDA 呈负相关。
- RT - PCR 分析：RT - PCR 结果证实了多数转基因植株中 ipt 基因的表达，除了 GC9 和 NS22。
研究结论和讨论部分指出，转基因植株通过提高内源 CKs 水平，显著改善了其形态和生理特征，从而增强了耐旱性。RD29A 启动子和 UBQ10 内含子在提高 ipt 基因表达和增强植株耐旱性方面发挥了重要作用。此外，本地种质中存在丰富的遗传变异，为分子育种提供了宝贵的资源，像 Komehr1 和 Cham Sohrabkhani 等本地种质，在耐旱性方面表现出色，具有直接用于半干旱地区绿化的潜力。
这项研究的重要意义在于，不仅为多年生黑麦草耐旱性的分子机制研究提供了重要依据，还为培育耐旱新品种奠定了基础。通过基因工程手段和对本地种质的筛选利用，有望在干旱和半干旱地区打造更具可持续性的景观，同时也为其他植物的耐旱研究提供了有益的参考。
