酢浆草属植物种类繁多，全球约有800-900种，其中不乏以叶片观赏价值著称的园艺品种。火焰酢浆草（Oxalis vulcanicola 'Sunset Velvet'）就是其中的代表——其心形小叶色彩丰富、株型紧凑，且在光照变化下表现出明显的感夜性运动。然而，与众多观赏植物类似，缺乏稳定高效的遗传转化体系严重制约了其基因功能研究与分子育种进程。

近日，福建农林大学吴沙沙团队在 《Planta》 发表研究，首次在火焰酢浆草中建立了农杆菌介导的稳定遗传转化体系，并在此基础上实现了CRISPR/Cas9介导的基因编辑，成功获得OvPDS1基因编辑白化嵌合体植株。

为什么选择火焰酢浆草？

火焰酢浆草是近年来新引进的观赏品种，其叶片颜色丰富、花色鲜艳，但无论繁殖还是育种都缺乏现代分子工具。建立遗传转化体系是实现功能基因组学研究和分子育种的前提条件。团队此前已建立其直接器官发生再生体系，为遗传转化奠定了基础。

五个关键参数的系统优化

团队以带叶柄的茎段为外植体，以pCAMBIA1304-GUS为报告载体，系统优化了影响农杆菌转化效率的五个关键参数，以GUS瞬时表达率和抗性植株再生率为评价指标。

各参数最优条件及效果：

预培养时间：1天最优，GUS表达率91.7%（茎段）/40.3%（叶柄），抗性植株率30.0%。预培养0天为81.7%/32.7%（24.2%抗性率）；3天降至58.3%/12.0%（5.8%抗性率）。预培养可激活细胞分裂、增加转化感受态，但时间过长会促进分化、降低可转化细胞数量。

侵染时间：20 min最优，GUS表达率80.0%（茎段）/48.3%（叶柄），抗性植株率23.3%。侵染15 min为73.3%/35.0%（10.0%），30 min出现茎段严重白化。时间过短农杆菌附着不足，过长则引发氧化胁迫和组织损伤。

菌液浓度（OD₆₀₀）：0.6最优，GUS表达率75.0%（茎段）/56.7%（叶柄），抗性植株率25.6%。OD₆₀₀ 0.4时仅45.0%/35.0%（16.7%），OD₆₀₀ 0.8和1.0时转化率反而下降（分别15.6%和14.4%），且高浓度下农杆菌难以清洗干净，导致后续筛选阶段细菌过度生长。

AS浓度：200 μM最优，GUS表达率56.7%（茎段）/40.0%（叶柄），抗性植株率30.0%。100 μM时仅32.2%/17.8%（12.2%），400 μM虽GUS表达率最高（77.8%/56.7%）但抗性植株率反而降至21.1%，且高浓度导致组织褐化。AS诱导vir基因表达促进T-DNA转移，但过量会引起氧化胁迫和酚类毒性。

共培养时间：2天最优，GUS表达率85.0%（茎段）/56.7%（叶柄），抗性植株率31.1%。共培养1天仅63.3%/15.0%（4.4%）；4天时GUS表达率骤降至31.7%/3.3%（抗性率仅1.1%），且可见农杆菌菌落形成，难以清洗干净。2天足以完成T-DNA转移，过长时间导致农杆菌过度增殖抑制外植体再生。

在上述最优组合下（预培养1天、OD₆₀₀=0.6、侵染20 min、AS 200 μM、共培养2天），从1,800个外植体中共获得14个PCR阳性转基因株系，最高转化率达9.0%。整个转化周期仅需约25天——预培养1天、共培养2天、筛选14天、生根7天。

首次实现酢浆草CRISPR/Cas9基因编辑

在建立转化体系的基础上，团队首次将CRISPR/Cas9技术应用于酢浆草，靶向八氢番茄红素脱氢酶基因（PDS）。PDS是类胡萝卜素合成途径的关键酶，其功能缺失会导致白化表型，是验证基因编辑效率的理想视觉标记。

团队从转录组数据中鉴定出8个PDS候选基因，其中OvPDS1与番茄PDS亲缘关系最近，且含有三个完整的功能结构域，被选定为靶基因。

利用CRISPR/Cas9系统（单sgRNA策略，靶向OvPDS1的第2外显子区域）转化200个外植体后，获得1株白化嵌合体植株（同一植株同时含有白化和绿色组织），Sanger测序证实靶位点发生碱基替换，编辑效率约0.5%。

讨论与展望

嵌合体现象是当前植物基因编辑面临的普遍问题，尤其在外植体再生途径中。编辑效率偏低的原因可能包括：

· 单sgRNA策略：多靶点策略通常效率更高

· 遗传转化效率：整体转化效率（9%）有限

· 再生途径：直接器官发生可能增加嵌合体概率

此外，限制编辑效率的重要因素是物种特异性——不同植物的转化再生体系成熟度差异显著，且Cas9/sgRNA表达盒的密码子优化、启动子选择等均需针对目标物种优化。其他观赏植物中的PDS编辑效率差异巨大（如甘蓝仅0.14%），表明物种间存在显著差异，不能简单横向比较。

总结

该研究为火焰酢浆草建立了首个稳定高效的农杆菌遗传转化体系（最高9.0%），并首次在酢浆草属中实现CRISPR/Cas9基因编辑。虽然编辑效率（0.5%）有待提升，但这项工作克服了关键技术瓶颈，为火焰酢浆草及其他非模式观赏植物的基因功能研究和分子育种提供了重要的技术平台。

原文信息： Tuo W., Wang X., Wu T., et al. Establishment of an efficient Agrobacterium-mediated transformation system and CRISPR/Cas9-mediated genome editing of the OvPDS1 gene in Oxalis vulcanicola 'Sunset Velvet'. Planta, 2026, 264: 74. DOI: 10.1007/s00425-026-05090-z

唯可（青岛）生物科技有限公司持续关注植物遗传转化与基因编辑领域的前沿进展，致力于为科研工作者提供最新的行业动态与技术解读。