火龙果(Hylocereus undatus)茎段离体再生与遗传转化体系的突破：为功能基因组学与基因编辑奠定基础

本研究针对火龙果缺乏高效遗传转化体系的关键瓶颈，通过优化离体茎段再生技术，建立了高达82.1%再生率的器官发生体系。研究人员系统评估了细胞分裂素(BA/TDZ)、生长素(IBA/NAA)、光照及抗生素(卡那霉素)等因素的影响，首次证实火龙果对农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)的敏感性，为后续基因功能研究和CRISPR等现代育种技术应用提供了关键技术支撑。

　　

在热带水果家族中，火龙果以其鲜艳的外表和独特的生理特性（如景天酸代谢途径CAM）脱颖而出。然而，这种具有重要经济价值的作物却长期面临一个尴尬局面——缺乏高效的遗传转化体系，严重阻碍了基因功能研究和分子育种进程。就像试图破解密码却缺少解码器，科学家们对火龙果抗旱机制、果实品质形成等关键性状的研究始终难以深入。

位于西班牙马拉加的亚热带与地中海果树研究所（IHSM-UMA-CSIC）的Elisabeth Carmona-Martin团队决心攻克这一难题。他们意识到，建立高效的离体再生体系是解锁火龙果遗传转化的第一把钥匙。通过系统优化培养条件，研究人员在《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》发表的研究成果，不仅创造了火龙果茎段再生率的新纪录，更首次探索了该物种对农杆菌介导转化的适应性。

研究采用了三项关键技术：茎段离体器官发生体系（以MS培养基为基础）、农杆菌EHA105介导的遗传转化（携带pBINGUSint双元载体）、以及GUS报告基因检测系统。通过对比不同植物生长调节剂组合，发现4.5μM BA（6-苄氨基嘌呤）与0.5μM IBA（吲哚-3-丁酸）组合效果最佳，其再生率显著优于TDZ（噻苯隆）处理组。值得注意的是，BA诱导的直接器官发生占主导，这有利于保持遗传稳定性。

细胞分裂素效应

数据表明，BA在诱导火龙果茎段再生方面具有压倒性优势。4.5μM BA使再生率达到46.4%，几乎是同等浓度TDZ的3倍。这种差异可能源于两种细胞分裂素不同的分子作用机制，BA更有利于维持细胞全能性。

生长素优化

在4.5μM BA基础上添加0.5μM IBA使再生率进一步提升至53.6%，而NAA（萘乙酸）则表现平平。有趣的是，短期2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）处理会强烈诱导愈伤组织但抑制器官发生，这与多数植物的两阶段再生策略形成鲜明对比。

黑暗预处理

与常见认知相反，1-2周的暗培养不仅无益反而有害。研究推测这可能破坏了内源激素平衡，特别是提高了生长素水平，类似于2,4-D的抑制作用。

转化探索

在40 mg L^-1卡那霉素选择压下，农杆菌感染组仍保持5.4%的再生率，而未处理组完全被抑制。虽然GUS检测仅显示瞬时表达，但这一结果为建立稳定转化体系提供了重要线索。

这项研究的意义远超出技术优化本身。首先，82.1%的再生率为后续基因编辑（如CRISPR-Cas9）提供了细胞材料基础；其次，首次证实火龙果对农杆菌的敏感性，为转化载体构建提供了参考；更重要的是，建立的离体再生体系可直接用于功能基因组学研究，例如通过瞬时转化验证候选基因功能。

正如研究者所言，这项工作是"打开火龙果功能基因组学研究大门的钥匙"。随着全球气候变化加剧，这项技术突破将加速培育抗旱性更强的火龙果品种，也为解析其独特的CAM光合途径提供了工具。未来，结合单细胞测序等技术进一步优化转化效率，或将使火龙果成为多肉植物研究的模式物种。