优化黍子离体再生与遗传转化体系：提升抗逆基因功能研究效率的关键突破

本研究针对黍子(Panicum miliaceum L.)遗传转化效率低的技术瓶颈，通过系统优化激素配比（2,4-D/BAP/NAA）、共培养时间（3天）和潮霉素筛选浓度（20 mg/L），建立了高效的农杆菌介导转化体系（转化效率达21.25%），为解析其抗旱耐盐分子机制提供了重要技术工具。该成果发表于《BMC Genomics》，显著推进了黍子分子育种进程。

　　

作为起源于中国北方的古老作物，黍子（ broomcorn millet ）以其卓越的抗旱性和短生长周期（60天成熟）在干旱半干旱地区农业生产中占据重要地位。这种兼具营养与药用价值的作物，在中医典籍中早有"补中益气、健脾益肺"的记载。然而，与水稻、玉米等主要禾本科作物相比，黍子的基因功能研究严重滞后——其根本瓶颈在于缺乏高效的遗传转化体系。此前报道的转化效率仅4%，严重制约了CRISPR等基因编辑技术的应用，使得黍子抗逆分子机制解析和品种改良举步维艰。

山西农业大学农学院的研究团队选择已测序品种"陇糜4号"（Longmi 4）为材料，开展了一场技术攻关。研究人员深知，建立高效的离体再生体系是遗传转化的基础。通过L₁₆(4²)正交试验设计，他们系统测试了2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)与6-苄氨基嘌呤(BAP)不同组合对胚性愈伤组织诱导的影响。令人振奋的是，当培养基含有2.5 mg/L 2,4-D和0.5 mg/L BAP时，诱导率高达66.66%，较传统方案提升近一倍。在芽再生阶段，2.0 mg/L BAP与0.5 mg/L α-萘乙酸(NAA)的组合使再生率达到59.55%，破解了黍子再生效率低的核心难题。

这项研究采用了三大关键技术：基于正交设计的激素优化实验、农杆菌EHA105介导的遗传转化（使用含GFP报告基因的pRHVcGFP载体）、以及潮霉素浓度梯度筛选体系。特别值得注意的是，研究人员通过严谨的浓度测试确定20 mg/L为最佳筛选浓度——低于此值则假阳性率高，超过40 mg/L则导致愈伤组织褐化死亡。共培养时间优化实验显示，3天既能保证足够T-DNA转移，又可避免农杆菌过度繁殖造成的污染。

研究结果部分呈现了系统性优化成果：

1. 胚性愈伤组织诱导：通过方差分析(ANOVA)证实2,4-D对诱导率有极显著影响(P=0.005)，最优组合使诱导率较对照提升122%。

2. 芽再生体系：BAP和NAA均表现出显著效应(P<0.05)，最优激素配比使再生效率达59.55%，为后续转化奠定基础。

3. 转化条件优化：共培养3天结合20 mg/L潮霉素筛选，使转化效率突破21.25%，较前人报道提升5倍。

4. 转基因验证：PCR检测和GFP荧光观察证实外源基因稳定整合，RT-qPCR显示GFP在T₁代仍保持1.5倍表达量。

这项研究建立的转化体系具有多重重要意义。首先，21.25%的转化效率使黍子首次达到与主要禾本科作物相当的转化水平，为基因功能研究提供了可靠工具。其次，使用成熟种子作为外植体，突破了季节限制，使全年开展遗传转化成为可能。更重要的是，该体系为解析黍子抗旱、耐盐等重要性状的分子机制打开了大门，将加速抗逆品种选育进程。正如讨论部分强调的，这项技术突破不仅填补了黍子分子生物学研究的技术空白，也为其他难转化禾本科作物的遗传改良提供了重要参考。随着该体系的应用推广，黍子这一古老作物有望在应对全球气候变化和粮食安全挑战中发挥更大作用。