摘要：根系在植物吸收养分、水分及应对环境胁迫中发挥着重要作用。但是，由于缺乏简单、高效、稳定的研究体系，植物根系功能研究一直是植物科学领域的难点。近日，郑州大学农学院师恭曜团队在《Industrial Crops & Products》上发表最新研究成果“Agrob

根系在植物吸收养分、水分及应对环境胁迫中发挥着重要作用。但是，由于缺乏简单、高效、稳定的研究体系，植物根系功能研究一直是植物科学领域的难点。近日，郑州大学农学院师恭曜团队在《Industrial Crops & Products》上发表最新研究成果“Agrobacterium-mediated root organogenesis and open treatment system (AgroROOTs) for root functional genomics studies in cotton”。该研究在棉花中建立了一套全流程、全周期开放的毛状根转化应用系统，彻底释放了毛状根在植物根系功能基因组学研究中的应用潜力，并建议统一毛状根转化应用实验体系名称为AgroROOTs，为植物根系功能研究提供了简易高效的技术路径。

毛状根转化技术（hairy root transformation）因其操作简便、周期短、表达稳定而备受关注，但过去在棉花中存在毛状根诱导效率低、需无菌操作、培养体系封闭等局限，难以模拟真实土壤环境中根系的生理功能，限制了其在根系功能基因组学研究中的应用。为突破以上限制，研究团队创新性地建立了一个不依赖无菌培养、开放操作、可全周期研究的棉花毛状根转化体系AgroROOTs（Agrobacterium-mediated Root Organogenesis and Open Treatment system）。

研究团队利用发根农杆菌K599介导的毛状根诱导机制，以土培棉花幼苗下胚轴为感染部位，实现了自然条件下棉花毛状根的诱导和转化。通过优化农杆菌浓度（OD₆₀₀=0.7）、苗龄（8天）及湿度条件，实现了26.6%转化率；结合真空渗透处理（0.7 MPa，2 min）后，转化率提升至33.3%并实现了高通量操作。进一步利用发根诱导基因rolABC，研究团队利用传统根瘤农杆菌GV3101和卸甲发根农杆菌18r12，建立了不依赖型Ri质粒的毛状根诱导体系。此外，团队首次将毛状根诱导转化系统与开放式水培系统结合，通过修剪或抗生素筛选，实现了转化毛状根的快速生长富集，可以支持根系转基因棉花完成整个生长周期。AgroROOTs在多个陆地棉材料中高效可用。

AgroROOTs系统作为一个高度兼容的平台，可用于棉花的各种研究应用。团队利用AgroROOTs成功测试了CRISPR/Cas9介导的棉花基因编辑。创新性地将Cre/LoxP特异重组系统与TRV病毒侵染系统结合，实现了茎——根远程信号移动与基因激活，为棉花根茎运输、侵染系统功能研究提供了新思路。此外，在开放的根系水培溶液中，检测到了3000余种根系分泌物，表明AgroROOTs在根际生物研究中的应用潜力。目前，研究团队已将AgroROOTs系统推广至番茄、栓皮栎等多种植物，使其成为连接基础研究与应用创新的核心平台。AgroROOTs体系的建立，将助力植物根系功能研究进入开放化、标准化与高通量阶段。

郑州大学农学院青年教师陈薇薇和博士生Syed Naeem Sajid为论文共同第一作者，郑州大学农学院师恭曜副教授和美国明尼苏达大学Daniel F. Voytas院士为论文通讯作者。本研究得到了郑州大学基础研究培育基金（No. JC23318020）、河南省产学研项目（No. 2024410106000018）、河南省科技攻关（No. 242102111152）和河南省2025年海外优秀人才回国研究资助计划的资助。

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来源：奔跑的农村人