综述：利用生物技术提高重要油料作物芝麻(Sesamum indicum L.)产量的研究进展

这篇综述系统总结了芝麻(Sesamum indicum L.)产量提升的生物技术研究进展，重点探讨了组织培养再生体系建立、遗传转化技术优化、全基因组测序应用等关键环节（涉及QTL、GWAS等分析技术），并详细梳理了与产量相关的形态建成基因（如SiDt、SiCL1/SiKAN1）、抗逆基因（如SiSRO2b、SiPUB）及调控元件（如SiWRI1、SiNAC等转录因子）的研究现状，为芝麻分子育种提供了重要理论依据。

　　

芝麻产量提升的生物技术路径

作为"油料皇后"的芝麻(Sesamum indicum L.)富含维生素、矿物质和抗氧化物质，其油脂被认为是安全的食用油脂。然而与其它油料作物相比，芝麻的低产量严重制约了其商业化发展。早期蒴果开裂和对生物/非生物胁迫的敏感性是导致减产的主要因素。生物技术介导的作物改良成为替代传统育种的重要选择。

产量限制因素解析

早期蒴果开裂问题导致约50%的产量损失，99%的栽培品种为蒴果开裂型。研究发现SiCL1/SiKAN1基因通过调控背侧薄壁细胞发育控制蒴果开裂性状。水分胁迫（涝渍、干旱）和盐胁迫可造成15-100%的减产，其中涝渍胁迫通过缺氧作用在2-3天内即可抑制生长。重金属胁迫（如Cd）会降低光合色素含量并增加活性氧积累。病害方面，由植原体引起的变叶病可造成34-100%减产，而干腐病（Macrophomina phaseolina）和枯萎病（Fusarium oxysporum）分别导致50-100%和15-30%的损失。

再生与转化体系突破

直接器官发生途径中，采用4日龄子叶外植体在含33 μM BAP+2.85 μM IAA+3.78 μM ABA+29.43 μM AgNO₃的MS培养基中培养可获得94.81%的再生率。SAAT（超声辅助农杆菌转化）技术实现了85.56%的GUS瞬时表达效率，而常规农杆菌法的转化效率在1.01-42.66%之间波动。体细胞胚胎发生虽然诱导率可达100%，但操作复杂且耗时。

基因组资源与功能基因

芝麻基因组测序已鉴定27,148个基因（栽培种中芝13号）。重要形态建成基因包括：

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  株高调控基因：SiDFL1（负调控因子）、SiGA20ox₁（赤霉素代谢）

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  蒴果性状基因：SiLTP3（长度调控）、SiACS8（数量调控）

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  生长习性基因：SiDt（决定型生长）

抗逆相关基因网络：

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  干旱响应：SiSAM（S-腺苷甲硫氨酸合成酶）、SiF3H（黄酮合成）

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  盐胁迫：SiMLP31（水杨酸合成）、SiANTH（膜转运）

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  病害防御：SiLRR-RLK（炭腐病抗性）、SiPAL（苯丙烷代谢）

分子标记辅助育种

基于SLAF-seq技术构建的高密度遗传图谱定位到多个重要QTL：

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  形态相关：qcl-12（蒴果长度，贡献率75.6%）

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  油脂含量：Hs4381（贡献率29%）

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  抗逆相关：qWH10CHL09（耐涝性，贡献率17.19%）

基因编辑与分子设计

虽然CRISPR/Cas9已在芝麻中成功编辑CYP450基因（CYP81Q1和CYP92B14突变率>90%），但与其它作物相比，芝麻的基因编辑研究仍处于起步阶段。分子杂种优势利用方面，已鉴定出SiMs1/SiMs2等雄性不育基因，但尚未建立完善的杂交种生产体系。

未来展望

建立基因型非依赖的高效再生体系、开发新型转化技术（如纳米载体递送）、深化抗逆分子机制研究将成为芝麻产量提升的关键突破点。整合多组学数据和人工智能预测将加速芝麻分子设计育种进程。