微生物所王金龙团队开发甘蔗原生质体瞬时表达体系

甘蔗是全球重要的糖料和能源作物，其高产、稳产对保障食糖供给和生物能源生产具有重要意义。然而，干旱、病害等逆境胁迫常导致其生长受阻和产量下降。GT42 是我国重要主栽甘蔗品种之一，具有高产、高糖和较强抗逆性等优良农艺性状，但目前仍缺乏的原生质体分离与瞬时表达体系。因此，亟需建立适用于 GT42 的快速基因功能验证平台，为主栽甘蔗品种的抗逆候选基因挖掘、功能验证及分子育种提供技术支撑。

近日，中国科学院微生物研究所王金龙研究团队在 New Plant Protection 上发表题为 “A transient protoplast expression system for functional gene validation in sugarcane: Focus on drought response and immune pathways” 的研究论文。该研究以我国主栽甘蔗品种 GT42 的组织培养苗茎部组织为材料，建立了原生质体分离与 PEG 介导瞬时转染体系，并将其用于亚细胞定位、GCaMP6 钙信号成像以及抗旱和免疫候选基因功能验证，为甘蔗复杂性状解析和分子育种提供了快速、低成本的技术平台。

GT42甘蔗茎部原生质体瞬时表达体系及其应用示意图

研究团队以我国主栽甘蔗品种 GT42 为对象，发现组培苗茎部组织来源的原生质体较叶片来源更稳定，其破裂和聚集比例更低，更适用于开展瞬时表达实验。基于此，团队采用正交实验优化酶解和 PEG 介导转染条件，最终建立了适用于 GT42 茎部组织的高效原生质体瞬时表达体系：在 0.5 M 甘露醇、1% Cellulase RS、0.7% Macerozyme R-10 和 5 h 酶解条件下，原生质体产量达到 1.41 × 10⁷ 个/g FW，活性为 78.74%；在 W5 缓冲液、40% PEG4000、20 min 转染和 10 h 暗培养条件下，转染效率达到 39.01%。进一步研究表明，该体系不仅可用于亚细胞定位和 GCaMP6 介导的 Ca²⁺ 信号动态分析，还可用于抗旱和免疫候选基因的快速验证。初步验证结果表明：ScPYL4-12、ScOST1-12 和 ScMPK6-11 可增强 ABA 诱导的 ScNCED3 表达，提示其可能参与甘蔗干旱响应调控；ScNPR家族成员则表现出不同于拟南芥经典模型的调控模式，其中 ScNPR1 抑制 ScPR1 表达且该抑制可被 SA 部分缓解，而 ScNPR3/4 成员促进 SA 诱导的 ScPR1 表达。以上结果为甘蔗抗旱和免疫相关功能基因挖掘提供了候选靶标，也为进一步解析甘蔗胁迫信号调控机制提供了实验线索。

综上，该研究为 GT42 甘蔗功能基因研究提供了一个快速、低成本的前端筛选平台，有助于在复杂多倍体背景下识别关键抗逆候选基因，并为后续稳定转化、基因编辑靶标设计以及抗旱、抗病等重要性状改良提供技术支撑。

中国科学院微生物研究所王金龙研究员为文章通讯作者，巫典奇为第一作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、广西科技重大专项和国家重点研发计划的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1002/npp2.70045