综述：跨移植革命：从分子调控机制到生物技术应用

《Current Opinion in Plant Biology》：Trans-grafting revolution: From molecular regulation mechanisms to biotech applications

　　

帕特里齐奥·德安杰利斯（Patrizio De Angelis）|卢卡·卡普里奥蒂（Luca Capriotti）|海林·金（Hailing Jin）|西尔维娅·萨巴迪尼（Silvia Sabbadini）|布鲁诺·梅泽蒂（Bruno Mezzetti）

意大利安科纳马尔凯理工大学（Marche Polytechnic University）农业、食品与环境科学系（D3A）

嫁接是一种常用的果树和多种蔬菜作物无性繁殖方法。选择合适的砧木至关重要，因为它会显著影响接穗的生长、发育以及对生物和非生物胁迫的抵抗力。研究表明，信使RNA（mRNA）、小RNA（sRNA）、蛋白质和肽可以通过韧皮部传递，并穿越嫁接界面，从而实现砧木与接穗之间的直接通信。尤其是sRNA和调节肽，通过调节基因表达并激活系统性防御反应，在增强抗性方面起到了关键作用。在这篇综述中，我们总结了用于在砧木中表达目标分子的基因工程技术，包括CRISPR–Cas9相关序列，并研究了这些分子转移到接穗后的效果。经过改造的砧木可以作为移动分子的来源，将这些分子传递给接穗，从而提高其对病原体、害虫和环境胁迫的耐受性，而不改变接穗的基因组。了解这些分子的传输机制和功能作用，为通过先进的嫁接技术培育出抗性更强的作物提供了有希望的途径。此外，这种方法还扩展了嫁接作为生物技术工具的潜力，并从监管角度来看也具有广阔的前景。

章节片段

砧木的作用

嫁接是一种将两个植物部分结合成一个功能性植物的古老而基本的农艺方法。虽然历史上它主要用于优质品种的克隆繁殖，但到了19世纪末，其作用发生了显著变化[1]。如今，砧木不再仅仅被视为生物支撑物，而是一个真正的生物技术中心。在嫁接接合处会发生复杂的分子通信：

sRNA的生物合成和系统迁移性

RNA干扰（RNAi）是真核生物中一种保守的转录后基因沉默机制，它调节基因表达，在抵御病原体和害虫方面起着关键作用。该机制依赖于双链RNA（dsRNA）与目标mRNA之间的序列特异性互补性。dsRNA由Dicer样（DCL）蛋白处理成21-24个核苷酸长度的小干扰RNA（siRNA），这些siRNA作为非细胞自主信号来调控植物的发育和防御[8]。

已发现数千种可移动的mRNA是砧木与接穗之间通信的关键成分，它们能够在植物体内系统性传播[2]。mRNA可以在嫁接接合处双向移动，并到达远端细胞，在那里它们可以被翻译或作为调节信号发挥作用[32,33]。这种迁移性依赖于特定的结构特征，如tRNA样序列（TLSs）和胞嘧啶甲基化，这些因素在决定mRNA传输中起着关键作用。

从不可移动的物质到远距离信号

信号肽是一类异质性的分子，通常由较大的前体通过蛋白水解过程产生，在调节植物对生物和非生物胁迫的反应中起着关键作用。它们影响基因表达并激活复杂的细胞信号级联反应[45, 46, 47]。这些肽的作用机制多种多样。有些肽（如NCR044和NaD1）能够穿透真菌膜并破坏Ca²⁺/ROS的稳态，而其他肽（如NoPv1）则

在砧木中使用RNAi、可移动mRNA、肽、蛋白质和CRISPR等技术可以增强多种嫁接作物的抗生物和非生物胁迫能力，从而简化作物管理并提高消费者的接受度。然而，我们对植物移动组（mobilome）的理解仍然不完整。未来的研究应解决水果作物中长期研究的不足，提供关于传递性状稳定性的有力证据

帕特里齐奥·德安杰利斯（P.D.A.）：概念构思、研究、写作——初稿和编辑。卢卡·卡普里奥蒂（L.C.）：研究、可视化、写作——审稿和编辑。海林·金（H.J.）：可视化、写作——审稿和编辑。西尔维娅·萨巴迪尼（S.S.）：概念构思、监督、研究、写作——审稿和编辑。布鲁诺·梅泽蒂（B.M.）：概念构思、监督、写作——审稿和编辑、资金筹集及项目管理。

可能存在潜在利益冲突的财务关系。

作者声明使用ChatGPT仅是为了提高手稿的英文质量；所有作者都审阅了最终版本并对内容负全责。

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的利益冲突或个人关系。

本工作得到了FIS 2 RNAi-Fate项目（项目编号：FIS-04136）和MIUR-PRIN2022国家计划（项目编号：2022LBK9R4）以及跨界RNAi增强植物抗性（KRER）的支持。作者感谢马尔凯理工大学农业、食品与环境科学系（D3A）的所有同事提供的有益讨论和见解。