紫花苜蓿是全球最重要的多年生豆科牧草，但其高度杂合的同源四倍体特性和强烈的基因型依赖，长期制约着分子育种进程。尤其是优良商业品种，再生与转化效率低、周期长，成为功能基因组学和精准育种的核心瓶颈。

近日，山西农业大学朱慧森/孔照胜/吴慎杰团队在 《BMC Plant Biology》 发表研究A broadly applicable somatic embryogenesis platform accelerates regeneration and genetic transformation in elite alfalfa，以优良品种“中苜1号”为材料，建立了一套阶段整合的体细胞胚胎发生平台，将遗传转化周期从5-7个月缩短至3-4个月，转基因阳性率从25%提升至71.8%（提高2.87倍），并在25个不同地理来源的苜蓿品种中实现了完整再生。

1.茎段外植体 + CIM-MS1：快速诱导低褐化胚性愈伤

研究首先系统比较了叶片、茎段和叶柄三种外植体的愈伤诱导能力。茎段表现最优，诱导频率显著高于叶片和叶柄，且成愈更快。

团队设计了四种愈伤诱导培养基，其中 CIM-MS1（含较低浓度的2,4-D和细胞分裂素）表现最为突出：

·愈伤诱导率较对照SH3a培养基提高3.5倍

·原代愈伤形成时间从21.75天缩短至9天

·褐化程度显著降低，愈伤呈稳定的淡黄色、颗粒状胚性形态

而CIM-MS2和CIM-MS3虽然诱导更快，但继代过程中褐化严重，胚性难以维持。CIM-MS1在生长速度与胚性质量之间取得了最佳平衡。

2. 无激素N6培养基：体细胞胚完整发育，直接成苗

获得胚性愈伤后，团队测试了MS、B5、N6三种基础培养基与六种植物生长调节剂组合对体细胞胚发育的影响。结果出人意料：无激素的N6培养基体细胞胚诱导频率达到100%，显著优于其他处理。

体细胞胚经历了典型的球形→心形→鱼雷形→子叶形发育阶段。而来源于CIM-MS1的愈伤在无激素N6上产生的子叶形胚，移至MS再生培养基后，同时形成芽和根，直接发育为完整植株——省去了传统方案中SH9芽诱导和MSO生根的两步独立培养，大幅简化流程。

3. 整合流程：转化周期缩短2-3个月，阳性率提升2.87倍

将优化的再生流程与农杆菌介导转化整合，团队与已报道的转化体系进行了头对头比较：

·愈伤诱导率：从19.00%提升至68.00%

·胚性愈伤形成率：从45.00%提升至88.00%

·体细胞胚诱导率：从63.33%提升至83.33%

·转基因阳性率：从25.00%提升至71.80%

·转化周期：从5-7个月缩短至3-4个月

该系统同时支持过表达和CRISPR/Cas9基因编辑。在41株编辑植株中，7.32%为缺失突变，17.07%为碱基替换，75.61%为混合突变，证明平台与多种遗传工程应用兼容。

4.广谱适用性：25个品种全部实现体细胞胚胎发生再生

为验证平台的广谱性，团队将其应用于来自中国、美国、加拿大、法国等地的25个苜蓿品种。

所有品种均成功通过体细胞胚胎发生获得完整植株。原代愈伤启动时间相对一致（平均13.92天），但基因型差异在后续阶段逐渐放大——胚性愈伤形成（21-40天）、体细胞胚形成（12-32天）、植株形成（15-29天）表现出显著差异。总再生时间从57天到108天不等。

“中苜1号”和“东苜2号”再生最快，仅需57天。尽管存在品种间差异，但全部25个品种均完成再生，这相较于仅适用于少数高响应基因型的传统方案是重大突破。

5.转录组解析：碳水化合物代谢与细胞壁重塑是关键

团队对CIM-MS1和SH3a诱导15天的茎段愈伤进行了转录组测序，鉴定出2,135个差异表达基因。

CIM-MS1中上调基因显著富集于：

·碳水化合物与碳代谢

·糖基水解酶活性

·细胞壁组织与重塑

·苯丙烷生物合成

下调基因则富集于蛋白激酶活性、信号转导、植物-病原互作等通路。

RT-qPCR验证了关键基因的表达变化：AMY、BGAL16、BGLU42、EXPA11、PG、PME2、PRX16等碳水化合物动员和细胞壁重塑基因上调；LEC2、SERK1、WOX7、ARF1、ARR2、GIF1等胚胎发生调节因子也显著上调。这些结果为CIM-MS1促进胚性能力获得提供了分子层面的证据。

6.总结与意义

该研究在优良苜蓿品种“中苜1号”中建立了阶段整合的体细胞胚胎发生平台，核心组合为：无菌克隆茎段外植体 + CIM-MS1低褐化胚性愈伤诱导 + 无激素N6体细胞胚发育 + MS直接成苗。

核心数据：

·转基因阳性率提升2.87倍

·转化周期缩短2-3个月

·25个品种全部实现再生

·支持过表达与CRISPR/Cas9编辑

该平台不仅为苜蓿功能基因组学和精准育种提供了实用工具，其阶段特异性优化思路也为其他顽固性作物的再生体系建立提供了参考框架。

7.原文信息： Li M., Zhou Y., He M., et al. A broadly applicable somatic embryogenesis platform accelerates regeneration and genetic transformation in elite alfalfa. BMC Plant Biology, 2026. DOI: 10.1186/s12870-026-09922-8

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