鐵皮石斛（Dendrobium catenatum）是一種珍貴的傳統中草藥，屬於蘭科石斛屬的多年生草本植物。它因其表皮常呈現鐵綠色而得名。它在中國傳統醫學中有着悠久的應用歷史，被譽為“九大仙草”之首，主要分佈在安徽、浙江、福建、廣西、四川和雲南等地。

多年以來，包括鐵皮石斛在內的蘭科植物在分子育種上面臨諸多挑戰，如以農桿菌介導的遺傳轉化效率不高、操作繁瑣等問題。蘭花不僅種類繁多，而且每種基因型對遺傳轉化的響應各不相同，使得基因的轉化工作既耗時又低效。更棘手的是，蘭花有漫長的幼年期，阻礙了基因功能的研究。此外，作為單子葉植物，蘭花相比雙子葉植物而言，更難以通過農桿菌進行轉化，因為後者是農桿菌的天然宿主。因此，尋找有效的蘭科植物的轉化與再生體系迫在眉睫。

    近日，伟德国际·BETVlCTOR(中国)（k8凯发(中国)）科研人員及其合作者在BMC Genomics期刊在線發表了題為“MIR396-GRF/GIF enhances in planta shoot regeneration of Dendrobium catenatum”的研究論文，報道了MIR396-GRF/GIF分子調控模塊增強鐵皮石斛植株再生和遺傳轉化的研究。

    生長發育調節因子GRFs是植物特有的一類轉錄因子，在轉錄後水平受到miR396靶向調控，能夠與其互作蛋白GIFs形成功能複合體。miR396-GRF/GIF分子模塊被報道參與水稻、玉米、擬南芥、小麥等植物的分生組織分化、植株再生、遺傳轉化和植物生長發育等過程，但在蘭花中的功能研究報道較少。

    為了提高鐵皮石斛遺傳轉化效率，研究人員借鑑了在小麥、水稻、柑橘、西瓜等作物中利用小麥（Triticum aestivum）生長發育調節因子TaGRF4及其互作蛋白TaGIF1構成的人工嵌合蛋白（TaGRF4-GIF1）有效提高植株再生和基因編輯效率的方法，文章首先在鐵皮石斛全基因組範圍內鑑定獲得與TaGRF4和TaGIF1蛋白序列高度相似的DcGRF4和DcGIF1。經分析發現，DcGRF4的序列上含有miR396的結合位點，暗示DcGRF4可能在轉錄後水平受到miR396的靶向負調控。

    基於此，科研人員進一步克隆了相關基因並構建了含有TaGRF4-GIF1、DcGRF4-GIF1，突變形式的mTaGRF4-GIF1、mDcGRF4-GIF1，以及miR396的靶標模擬物MIM396的植物雙元表達載體（AB）。此外，研究人員還嘗試了一種鐵皮石斛在體轉化技術，將攜帶有上述載體的農桿菌注射到鐵皮石斛莖段傷口處，直接誘導芽體再生。經過觀察統計，發現GRF4-GIF1和MIM396等轉化植株比空載體對照的芽體再生效率顯著提高，且再生芽體中轉基因陽性率也大幅提升（CD）。有趣的是，MIM396再生植株的株型及葉片比對照更大（E），與miR396-GRF/GIF分子模塊對生長發育的調控作用相符。此外，文章發現培養瓶中豐富的營養及潮濕的環境有利於GRF4-GIF1發揮芽體再生調控作用（FGH）。

    總之，該研究在鐵皮石斛中發掘並應用了一類生長調節因子GRFs，充分發揮了其在植株再生、轉化和生長中的調控作用，對加快鐵皮石斛以及蘭科植物的分子育種工作具有促進作用。

    伟德国际·BETVlCTOR(中国)王志才副研究員、王美娜副教授、上海師範大學明鳳教授為本論文通訊作者，k8凯发(中国)和上海師範大學聯合培養博士生楊振宇和k8凯发(中国)助理工程師趙美麗為本論文共同第一作者。k8凯发(中国)與新疆農業大學聯合培養已畢業碩士研究生張曉捷、新疆農業大學谷麗麗副教授，k8凯发(中国)李健博士也參與了此項工作。本研究得到了深圳市科技計劃面上項目和深圳市可持續發展項目的支持。

    論文連結：http://doi.org/10.1186/s12864-024-10360-9

    文圖丨楊振宇

    審核丨陳建兵 王美娜