基因表达不对称性驱动无患子嫁接愈合的分子机制研究

为解决木本植物嫁接愈合机制不清的问题，研究人员通过激素动态监测和全基因组转录组分析，揭示无患子(Sapindus mukorossi)嫁接过程中砧木与接穗基因表达的空间不对称性特征，发现SmHCA2/SmMYB117等关键遗传枢纽分别调控愈伤组织形成与维管束重建，为木本植物嫁接理论和技术创新提供分子依据。

　　

论文解读
嫁接技术作为植物无性繁殖的核心手段，在农林作物品质改良和逆境抗性提升中具有不可替代的作用。然而，砧木与接穗间复杂的互作机制长期困扰着研究者——为何有些组合能快速愈合形成功能性的维管连接，而另一些则出现排斥反应？更令人困惑的是，嫁接界面上下组织的细胞活动往往呈现明显时空差异，这种不对称性如何影响愈合进程？针对这些关键科学问题，中国国家自然科学基金资助的研究团队以具有重要生态经济价值的无患子(Sapindus mukorossi)为模型，通过多组学联用技术揭示了嫁接愈合的分子图谱。

研究团队采用嫁接7/14/20/30/45天(DAG)的动态采样策略，结合激素检测与转录组测序技术，发现早期愈合阶段砧木与接穗存在显著的基因表达梯度：砧木区高表达细胞分裂素相关基因驱动愈伤组织增殖，而接穗区优先激活SmHCA2(High Cambial Activity 2)等转录因子促进维管组织分化。这种时空异质性通过TuxNet网络预测得到验证，鉴定出调控接穗愈合的三大遗传枢纽(SmHCA2/SmMYB117/SmCKC1)和砧木愈合的双枢纽(SmHAM3/SmSPL3)。

主要技术方法
实验采用'YUANHUA'品种的二年生实生苗作砧木(直径1.0-1.5 cm)与克隆苗作接穗(直径0.7-1.2 cm)，通过切接法嫁接后，在福建建宁县试验基地(北纬26°49′，东经116°52′)进行培养。利用RNA-seq技术监测7-45 DAG关键时间点的转录组动态，结合贝叶斯推断构建TF-gene调控网络。

研究结果

1. 嫁接茎组织的不对称发育
   转录组数据显示，嫁接界面上下区域在细胞壁修饰、细胞分裂相关基因表达上存在显著差异。砧木区7 DAG即出现ARR12(细胞分裂素响应调节因子)的爆发式表达，而接穗区延迟至14 DAG才激活VND6/7(维管发育NAC转录因子)，证实愈伤形成与维管重建存在时序分离。

2. 讨论
   研究首次在木本植物中证实，嫁接愈合不是简单的对称性修复过程，而是砧木主导的愈伤增殖与接穗驱动的维管重建在时空上的精密耦合。发现的SmMYB117等枢纽基因，为解释嫁接亲和性差异提供了分子标记。

3. 结论
   该研究构建了无患子嫁接愈合的"双枢纽调控"模型：砧木通过SmHAM3-SmSPL3模块促进愈伤填充，接穗依赖SmHCA2-MYB117级联启动维管再生。这种机制解析为木本植物嫁接育种提供了理论突破，其中鉴定的遗传枢纽可作为分子设计育种的靶点。论文成果发表于《Plant Science》期刊，为农林作物嫁接技术优化提供了普适性研究范式。