植物嫁接又失败？你可能需要 “一支烟”
仙人掌科内的嫁接 图源pixabay.com
枝条挂番茄，根部结土豆，这样的嫁接普通人会惊叹，但业内人士认为很自然。因为番茄和土豆都属于茄科，通过嫁接就可以生长在一起。但是，成功的嫁接通常只发生在亲缘关系比较接近的植物间。到底是什么影响了嫁接的成功率尚不清楚。
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平时生活中的水果、蔬菜和花卉，有不少是嫁接得到的 [1-3]。嫁接是将不同植物伤口连接在一起，伤口愈合后就成为了一棵完整的新植株 [4-5]。尽管嫁接在农业生产中很常用，但通常只有在亲缘关系接近的同科植物间进行嫁接才容易成功 [6]。那到底是什么影响了嫁接的成功率呢？
8月7日，日本名古屋大学的研究人员在《科学》杂志上发表研究，揭示了嫁接成功的奥秘。原来，烟草这个 “万能胶” 可以作为媒介，把原本不能嫁接在一起的植物嫁接在一起[7]。
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烟草嫁接能力惊人
实验发现，相比其他植物，烟草的嫁接能力尤为突出，与不同科的植物也能成功嫁接。
研究人员选取了菊花（菊科）、大豆（豆科）和烟草（茄科）进行实验，让菊花作为砧木，三种植物分别作为接穗嫁接在菊花上。
结果发现，嫁接在菊花上的菊花长势良好顺利开花，嫁接在菊花上的大豆无法存活，而嫁接在菊花上的烟草则长势良好，在三个月后顺利结实。而使用烟草作为砧木时，与其他科的植物也能顺利嫁接。研究人员继续测试了烟草的能力，发现在42个科84种植物中，烟草作为接穗或砧木能与38科73种植物进行嫁接，成功率惊人。
A：烟草/拟南芥嫁接成功；C：蔓长春花/烟草嫁接成功
DAG：嫁接后的天数；Nodes：节点数
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烟草 “粘合剂” 的秘密
烟草的强大嫁接能力引起了研究人员的兴趣。于是，他们对烟草/拟南芥嫁接后2到28天的结合处进行了转录组分析。他们发现，随着嫁接处伤口的愈合和生长，烟草激活了与生长素作用、创伤修复、形成层和维管发育相关的基因。在愈合初期，活跃的基因集中在胞外区、细胞壁和质外体中，表明在嫁接过程中，细胞壁发生了重建。
而在活跃的基因中，研究人员关注到了编码β-1,4-葡聚糖酶的 NbGH9B3 基因。β-1,4-葡聚糖酶在纤维素消化和细胞壁松弛或重建中发挥作用，因此研究人员推断 NbGH9B3 促进了嫁接界面上细胞的黏附。
随后的一系列实验证实了研究人员的推测。NbGH9B3 基因沉默，使嫁接后烟草容易与拟南芥分离，嫁接处形成坏死层，出现细胞壁折叠，并于2周后宣告嫁接失败。此外，研究人员还使用基因编辑获得了 NbGH9B3 基因的敲除株系，其与烟草的嫁接成功率仅为60%，而 NbGH9B3 基因正常的野生型烟草与拟南芥嫁接的成功率可达91%。
实际上，GH9B3基因在许多植物中都能发挥类似的作用，但为什么烟草与不同科植物嫁接的成功率特别高呢？
研究人员经过进一步实验得出结论，许多植物只有在科内植物相互嫁接时才激活这种嫁接机制，而烟草在与其他科植物嫁接时也能使用这个机制。
由于烟草的这个特性，研究人员尝试使用烟草作为 “粘合剂”，将番茄接穗嫁接到拟南芥或者大豆砧木上。结果嫁接后 “三合一” 植株顺利生长并在3到4个月后结果。使用这个方法，更多的“三合一”嫁接组合也获得了成功。
A：番茄/拟南芥。猜一猜B-G有哪些神奇的组合吧！
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在未来的研究中，研究人员将进一步探索β-1,4-葡聚糖酶如何促进细胞-细胞黏附。但该研究已经为我们展现了嫁接技术更大的潜力，更多的嫁接组合可以更好的增加根系的多样性，从而在对生态系统破坏最小的情况下帮助作物生产。
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