这个基因“遥控器”控制苹果砧木生根

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在易生根的苹果砧木中，低含量的细胞分裂素抑制MdTCP17的表达，并引发下游一系列机制，最终促进苹果不定根原基形成；在难生根的苹果砧木中，高含量的细胞分裂素促进MdTCP17的表达，从而抑制了不定根原基的发生。
有的植物扦插容易生根，比如月季和葡萄；但有的植物，比如苹果砧木（嫁接繁殖时承受接穗的植株）进行扦插后却很难生根。调控不定根的发生是实现生产中广泛使用的压条、扦插和组织培养等无性繁殖（以植物的一部分营养器官进行繁殖）技术的关键环节。在我国苹果苗木无性繁殖实践中，部分具有优良生态适应性的矮化砧木不定根（植物的茎或叶等非根组织受伤后所发生的根）的发生能力较差，已成为制约苹果优质种苗无性繁殖的重要瓶颈。
近日，西北农林科技大学旱区果树发育生物学研究团队在相关研究中解析了MdTCP17基因介导内源细胞分裂素（CTK）抑制不定根原基发生的分子机制，揭开了苹果砧木不定根发生难的奥秘。相关研究成果发表于《植物细胞》。
生根难易与细胞分裂素有关
我国是世界苹果生产第一大国。“在生产中，我国苹果砧木多采用有性繁殖，由于基因型不一致，导致园貌不整齐，为栽培管理带来极大不便，费时费工，难以实现机械化应用。”国家苹果产业技术体系副首席科学家、西北农林科技大学教授张东说，无性繁殖可以保证种苗的一致性，已成为优质高效的种苗繁育方式。然而，苹果砧木实现无性繁殖还存在一大障碍，就是苹果砧木不定根发生难。
“种业是农业发展的芯片，种苗是果树种植的基础，我国苹果产区生态类型多样，尤其是近年来果树产业发展要遵循‘上山上坡、利用四荒’的战略。生产中，具有优良生态适应性的苹果砧木生根难成为制约种苗优质高效繁育的重要问题。”张东谈道。
“基于此背景，2014年秋天，我们先在大田和组织培养两种条件下，对我国主栽苹果砧木不定根发生能力进行了评价。”该团队成员毛江萍说，他们发现其不定根发生能力存在显著差异。
该团队进一步分析了不同生根能力的苹果砧木中内源激素含量，发现苹果砧木的生根能力与内源细胞分裂素含量呈负相关关系。这一研究明确了内源细胞分裂素和不定根发生能力密切相关，也为后面分子机制的探究奠定了坚实基础。
苹果砧木难生根分子机制被发现
为了揭示细胞分裂素抑制不定根发生的分子机制，毛江萍在团队负责人张东和西北农林科技大学教授韩明玉的鼓励和支持下，开启了近10年的试验研究，最终初步解析了苹果砧木不定根发生难的分子机制。
在前期砧木评价的基础上，他们首先在不同时间点用细胞分裂素处理苹果苗，明确了细胞分裂素对不定根的抑制主要源于对不定根原基发生的抑制作用。通过基因表达分析发现，细胞分裂素相关基因MdTCP17的表达与不定根发生能力呈负相关，MdTCP17可以直接响应细胞分裂素信号，在苹果苗中过表达MdTCP17显著抑制了不定根的发生。
他们发现，在易生根的苹果砧木中，低含量的细胞分裂素抑制MdTCP17的表达，并引发下游一系列机制，最终促进苹果不定根原基形成；在难生根的苹果砧木中，高含量的细胞分裂素促进MdTCP17的表达，从而抑制了不定根原基的发生。
“苹果砧木难生根分子机制的发现，为开发苹果砧木高效无性繁殖技术，提高砧木无性繁殖效率，提高我国苹果生产效率和效益奠定了理论基础。”毛江萍说。
基于以上认识，西北农林科技大学旱区果树发育生物学研究团队开发了苹果砧木压条和无糖组培的无性繁殖育苗技术，并通过与龙头企业合作实现了规模化生产，形成了年产2000万株苹果砧木的繁育能力，助力我国苹果苗木繁育制度由传统零散户育苗向企业规模化育苗方式变革。