编辑推荐：
高效愈伤组织诱导是水稻遗传转化的关键，但机制不明。本研究通过 GWAS 定位到 8 号染色体相关位点，发现 OsSDG715（组蛋白 H3K9 甲基转移酶）正调控愈伤形成。敲除导致 CIR 下降、激素失衡，揭示其分子机制，为优化组织培养提供新见解。
在水稻遗传改良的征程中，高效稳定的愈伤组织诱导体系始终是基因编辑等分子育种技术落地的关键瓶颈。当前，水稻遗传转化面临着基因型依赖强、再生周期长等难题，而胚性愈伤组织的形成作为组织培养的核心环节，其背后的分子调控网络却如同蒙着一层神秘面纱。尽管植物激素如生长素（IAA）和细胞分裂素（CK）被证实对愈伤诱导至关重要，但表观遗传层面的调控机制，尤其是组蛋白甲基化修饰的作用，在水稻中仍鲜为人知。
为了揭开这层神秘面纱，华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心联合四川省农业科学院生物技术核技术研究所的研究团队，将目光聚焦于前期全基因组关联分析（GWAS）中在水稻 8 号染色体上锁定的关键位点。通过一系列严谨的分子生物学和遗传学实验，研究人员发现了一个名为 OsSDG715 的基因，它编码组蛋白 H3K9 甲基转移酶，如同一位 “分子开关”，在水稻愈伤组织形成过程中发挥着核心调控作用。这项重要研究成果发表在国际知名期刊《Rice》上，为水稻组织培养技术的革新照亮了新的方向。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用 GWAS 在自然水稻群体中定位愈伤诱导率（CIR）相关位点；通过 CRISPR/Cas9 基因编辑技术构建 OsSDG715 敲除突变体；运用 RNA-seq 技术分析突变体与野生型的差异表达基因；借助扫描电子显微镜（SEM）观察愈伤组织细胞形态；采用超高效液相色谱 - 串联质谱（UPLC-MS/MS）测定内源激素含量；通过荧光素酶（LUC）报告基因实验验证启动子活性差异。
OsSDG715 是 GWAS 鉴定的 CIR 关键候选基因
研究初期，基于前期 GWAS 结果，研究人员在水稻 8 号染色体 28,307,900–28,340,239 bp 区间内锁定了 10 个候选基因。通过公共数据库的表达谱分析发现，LOC_Os08g45130（即 OsSDG715）在愈伤组织和幼穗中表达量显著较高，暗示其与愈伤形成密切相关。进一步的单倍型分析显示，自然群体中 Hap1 单倍型携带者的 CIR 显著高于 Hap2，且 Hap1 启动子因 2-bp 插入而具有更强的转录活性，表明 OsSDG715 的遗传变异直接影响其表达水平和愈伤诱导能力。
OsSDG715 的系统发育与亚细胞定位
系统发育分析表明，OsSDG715 属于 SUVH 组蛋白甲基转移酶家族，与拟南芥 SUVH2 和 SUVH9 亲缘关系最近。亚细胞定位实验显示，GFP 标记的 OsSDG715 融合蛋白特异性定位于细胞核，这与其作为组蛋白甲基转移酶的功能定位高度吻合，为其通过染色质修饰调控基因表达提供了空间证据。
OsSDG715 功能缺失导致愈伤形成能力下降
通过 CRISPR/Cas9 技术获得的 sdg715 敲除突变体（sdg715-2 和 sdg715-21）表现出显著的 CIR 下降，且愈伤组织形态异常，细胞排列松散、分化受阻。扫描电镜观察发现，野生型愈伤细胞呈规则颗粒状，具有明显的分生组织区域，而突变体愈伤细胞则形态紊乱，细胞壁增厚，细胞核模糊，充分证明 OsSDG715 对愈伤组织的正常发育不可或缺。
转录组分析揭示 OsSDG715 调控通路
RNA-seq 分析显示，sdg715 突变体中共有 1,031 个差异表达基因（DEGs），其中 326 个上调、705 个下调。GO 富集分析表明，下调基因主要与细胞生长、器官形态发生和氧化应激响应相关，而上调基因则富集于 ABA 信号和胁迫适应通路。值得注意的是，生长素响应基因（如 OsIAA14、OsYUCCA6、SAUR 家族）和细胞分裂素代谢基因（如 OsCKX4、ARR10）在突变体中表达异常，提示 OsSDG715 可能通过激素信号网络调控愈伤形成。
OsSDG715 整合生长素与细胞分裂素信号
内源激素测定显示，突变体中生长素（IAA）含量在诱导初期显著降低，而细胞分裂素（玉米素）水平在诱导后期显著升高，导致 IAA/CK 比值失衡。进一步分析发现，OsSDG715 通过调控 OsYUCCA6（生长素合成）和 OsCKX4（细胞分裂素降解）的表达，维持激素动态平衡。同时，ARR10 作为细胞分裂素响应因子的上调，可能通过抑制生长素信号进一步加剧愈伤诱导缺陷，揭示了一条 “组蛋白甲基化 - 激素交叉调控” 的分子通路。
OsSDG715 参与胁迫响应调控
突变体中多个 NAC 和 WRKY 转录因子（如 ONAC096、OsWRKY24）的上调表明，OsSDG715 缺失会激活氧化应激和 ABA 信号通路，这可能通过干扰细胞增殖和去分化所需的微环境，间接抑制愈伤形成。这一发现拓展了 OsSDG715 的调控网络，使其不仅局限于激素信号，还与胁迫响应通路紧密关联。
本研究首次揭示了组蛋白 H3K9 甲基转移酶 OsSDG715 在水稻愈伤组织形成中的关键作用，阐明了其通过整合生长素和细胞分裂素信号、协同调控表观遗传与激素平衡的分子机制。研究结果不仅为解析水稻组织培养的基因型依赖性难题提供了新视角，更为通过分子设计优化愈伤诱导效率、推动水稻基因编辑育种技术发展奠定了重要理论基础。未来，靶向 OsSDG715 的遗传操作有望成为突破水稻遗传转化瓶颈的关键策略，助力作物改良进入新的快车道。
