单子叶植物能否嫁接

英国剑桥大学Julian M. Hibberd团队及其合作者通过一系列试验证实了单子叶植物可通过胚性愈伤组织进行嫁接，并且其嫁接体形成机制与双子叶植物具有一致性。该研究推翻了以往关于单子叶植物不能进行嫁接的共识，为未来作物品质及抗性改良提供了重要见解和研究方向。该研究结果于2021年12月22日以Monocotyledonous plants graft at the embryonic root–shoot interface为题发表在Nature上。

首先，该研究假设禾本科植物中未分化或胚性愈伤组织可以进行嫁接。通过试验，研究人员发现将小麦种子未成熟胚的胚芽替换为其他种子的相似组织，可发育为类嫁接体植物。此外，使用成熟胚组织进行嫁接也可形成类嫁接体并通过GUS染色和CFDA荧光染色证明了该方法的可行性。该研究还发现，使用来自同一基因型或不同基因型种子来源的小麦胚芽进行替换均可成功融合。同样，研究人员在水稻中成功进行了嫁接试验并通过组织学、CFDA荧光染色和植物生长试验证明了嫁接的可行性，并且嫁接融合效率与胚性组织比例相关。上述在结果证实了单子叶植物嫁接的可行性。

Mesocotyl allows monocotyledon grafting

在此基础上，该研究在水稻中分析了与嫁接体形成相关的基因表达变化，发现嫁接体形成过程中的差异表达基因主要在非维管细胞分裂、细胞粘着、激素信号以及维管连接的建立等过程富集，这与双子叶植物嫁接体中的响应一致。此外，水稻中拟南芥接响应基因的同源基因表达在嫁接体形成过程中一致上调，同时参与细胞周期、细胞分裂、细胞壁改造和伸长过程的基因在嫁接后被激活并且接穗和砧木的细胞在嫁接后伸长，该现象亦与双子叶嫁接过程一致。研究人员还评估了水稻嫁接体形成过程中原形成层和类形成层的活性。结果表明，尽管原形成层相关转录因子并未差异表达，且拟南芥中形成层相关基因的同源基因的达也无显著变化，但是与维管束形成相关的基因 （拟南芥中的同源基因） 表达在水稻嫁接体形成初期被诱导，表明尽管单子叶植物中无形成层，但同样可以诱导维管发育。上述结果表明单子叶与双子叶植物嫁接体形成的分子响应及调控机制的保守性。除相似性外，研究人员还发现了特异性响应，主要是嫁接过程中某些前体miRNAs的下调和ENOD93 （EARLY NODULIN 93） 基因的上调，表明该基因家族在嫁接过程中发挥着尚未被报道的作用。之后，研究人员通过生理及分子试验证实了赤霉素和生长素在单子叶植物嫁接体形成中的关键作用。上述研究结果共同证明了单子叶植物和双子叶植物嫁接过程中重编程的相似性。