《Plant Physiology and Biochemistry》：Unraveling the Mechanism Underlying of Adventitious Bud Formation in the Sugarcane Spontaneous Adventitious Bud (SAB) Mutant
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本研究针对甘蔗转基因育种中再生效率低的核心瓶颈，发现了一个无需外源激素和创伤即可在茎节形成簇生不定芽的突变体（SAB）。通过整合组织学分析、内源激素检测和转录组测序，揭示了不定芽起源于皮层薄壁细胞的脱分化，并阐明了高水平tZ、IAA、ABA与低水平JA构成的独特激素环境，以及ScGRF10、RS1、PLT2等关键基因协同调控的分子网络。该研究为单子叶植物体内再生提供了新颖模型，并为甘蔗生物技术育种提供了宝贵遗传资源。
甘蔗作为全球重要的糖料和能源作物，其产业却面临着遗传背景狭窄、育种周期长、特别是转基因育种中再生效率低下等严峻挑战。传统组织培养再生体系严重依赖外源激素和创伤诱导，难以真实反映植物在自然状态下的再生调控网络。一个关键科学问题悬而未决：是否存在一种不依赖创伤和外源激素的体内再生模型，能够为解析植物再生的本质规律提供新的视角？
近期，一项发表在《Plant Physiology and Biochemistry》上的研究，通过对一个珍贵的甘蔗自发不定芽（Spontaneous Adventitious Bud, SAB）突变体‘YZ2018-81’进行系统性解析，为解答这一问题带来了突破性进展。这个独特的突变体能够在茎节上自发形成“愈伤组织样”突起，并进一步分化成簇生的不定芽，整个过程无需任何外界干预，为研究单子叶植物的体内再生提供了一个理想的“无创伤”模型。
为了揭开SAB突变体不定芽形成的神秘面纱，研究人员运用了多项关键技术。他们首先通过半薄切片技术进行组织学观察，追踪了芽原基发生的细胞起源。进而，利用高效液相色谱（HPLC）精准测定了不同节位（第2节间和第6节间）的六种内源植物激素水平。最关键的是，研究团队对表型尚未分化的第2节间进行了RNA-seq转录组测序，旨在捕捉不定芽发育早期的转录事件。此外，还通过定量PCR（qRT-PCR）对关键基因进行了表达验证，并最终通过异源过表达甘蔗ScGRF10基因于水稻中，对其功能进行了初步验证。所有植物材料均来自国家甘蔗种质资源库（ Kaiyuan ）。
3.1. SAB Buds Originate from Cortical Parenchyma Cells
组织学分析揭示了不定芽的细胞起源。研究发现，在年轻的第2节间，突变体皮层中已出现少量小而密集、活跃分裂的细胞团，而野生型对照则无此现象。到了第6节间，这些细胞团进一步增殖，形成 parenchyma cell clusters（薄壁细胞团），并突破表皮形成愈伤组织样突起，为不定芽分化奠定了基础。结论：SAB的不定芽起源于皮层薄壁细胞的脱分化，其发育过程遵循脱分化、增殖、突起形成和芽分化的序列。
3.2. Altered Endogenous Hormone Profile in the SAB mutant
内源激素分析描绘了利于再生的激素蓝图。在SAB突变体中，促进细胞脱分裂的细胞分裂素 trans-zeatin (tZ) 在2个节间均显著高于对照；生长素（IAA）和脱落酸（ABA）水平也显著升高。相反，抑制细胞分裂的茉莉酸（JA）在第6节间（突起形成位点）含量显著降低。赤霉素GA3在突变体第2节间略低，但在第6节间显著升高，推测其参与芽的伸长。结论：高tZ、IAA、ABA和低JA构成的激素环境，协同促进了不定芽的起始和发育。
3.3. Transcriptomic Landscape of SAB & 3.4. Enrichment Analysis of DEGs
转录组分析从基因表达层面揭示了调控网络。在第2节间共鉴定出20,858个差异表达基因（DEGs）。GO和KEGG富集分析表明，这些基因显著富集于“植物激素信号转导”和“MAPK信号通路”等途径。热图显示，IAA30、ARF4、COI2等一系列激素相关基因在突变体中特异性高表达。
3.5. Identification of Key Regulatory Genes
研究进一步筛选出924个差异表达的转录因子，涉及NAC、ERF、GRF等家族。在植物激素信号通路中，ARF9、RR23/RR24/RR25等关键因子显著上调。qPCR验证证实，GRF10、PLT2、RS1、CYCD2-2等与分生组织发育和再生相关的基因在突变体的第2节间和生长环（GR）中表达量更高。
3.7. Overexpression of ScGRF10 Induces Ectopic Organogenesis in Rice
功能验证实验为ScGRF10的关键作用提供了直接证据。异源过表达甘蔗ScGRF10基因能够在水稻茎节处诱导产生异位根，证明了该基因在调控异位器官发生中的功能，虽然其表型（只产生根）与其水稻同源基因OsGRF10（可产生芽和根）有所不同，但仍支持其参与再生过程的结论。
综合所有发现，研究提出了一个SAB形成的整合调控模型：突变体中独特的激素环境（高tZ、IAA、ABA，低JA）激活了下游激素信号组件（如RRs, ARFs）和细胞周期机器（如CYCD2-2）。这些信号共同上调了一个核心转录模块，包括分生组织特征基因（RS1, DCL, REL2）和关键再生促进因子（GRF10, PLT2）。该模块重编程了皮层细胞的命运，驱动其脱分化和增殖性生长，随后GA3水平的升高促进了芽的伸长和成熟。
这项研究首次从细胞学、激素学和转录组学三个维度，系统阐明了甘蔗SAB突变体体内不定芽形成的机制。它不仅为理解单子叶植物体内再生提供了全新的理论框架，更重要的是，SAB突变体本身作为一个独特的遗传资源，为克服甘蔗乃至其他单子叶作物转基因育种中的再生瓶颈提供了宝贵的基因库和潜在的技术路径。研究所鉴定的关键基因（如ScGRF10）和阐明的激素互作网络，为通过基因工程手段定向改良作物的再生能力奠定了坚实基础，具有重要的理论和应用价值。
