寄生植物是农业生产的“隐形杀手”。以列当科为例，独脚金（Striga）、列当（Orobanche）和分枝列当（Phelipanche）等寄生杂草每年造成数十亿美元的作物产量损失。然而，由于缺乏稳定的遗传转化体系，这些物种的基因功能研究和抗性育种长期受限——没有转化，就没有基因编辑；没有基因编辑，就很难找到可利用的寄生相关基因。

2026年10月，德国哥廷根大学Thomas Spallek团队在 《Plant Cell & Environment》 发表研究，首次在列当科寄生植物Phtheirospermum japonicum中建立了病毒诱导基因组编辑（VIGE）体系，利用超紧凑TnpB核酸酶Ymu1实现了无组织培养、无花浸转化、可遗传的基因组编辑，为寄生植物功能基因组学研究开辟了新路径。

1. 为什么寄生植物难以编辑？

P. japonicum是列当科寄生植物的遗传模型，其缺乏稳定的转基因体系，传统的CRISPR/Cas9编辑高度依赖组织培养再生或花浸转化——而这两种方法在寄生植物中均难以实现。此前虽有CRISPR/Cas9在寄生植物中的零星报道，但编辑效率低、无法稳定遗传，严重制约了寄生机制研究和抗性品种开发。

研究团队选择了一条“绕开组培”的路线：利用烟草脆裂病毒（TRV） 作为递送载体，通过发根农杆菌介导转化，将超紧凑的TnpB核酸酶递送至植物体内。

为什么选TnpB？ 传统Cas9蛋白约1368个氨基酸，而TnpB仅约400个氨基酸——体积仅为Cas9的三分之一，可轻松包装进病毒载体。同时，TnpB识别TAM（转座子相关基序） 而非PAM，靶向范围更广。

2. 实验设计：两个“可视化”靶基因

研究团队选择了两个具有肉眼可见表型的基因作为靶标，便于快速评估编辑效果：

PjPDS（八氢番茄红素脱氢酶）：类胡萝卜素合成关键酶，敲除后出现白化/漂白表型。

PjDVR（3,8-二乙烯基原叶绿素酸酯a 8-乙烯基还原酶）：叶绿素合成关键酶，敲除后出现浅绿表型和高叶绿素荧光。

团队将Ymu1核酸酶与向导RNA（ω RNA）融合表达，并在3'端添加丁型肝炎病毒核酶（HDV） 以产生均一的转录本末端，同时加入截短tRNA增强分生组织进入效率。

3. 核心结果：从“白化叶片”到“可遗传突变体”

PDS编辑效率达25%-40%：转化后2周，TRV2-Ymu1-PDSg2感染的植株开始出现白色叶片区域，Sanger测序确认PDS位点发生编辑。扩增子测序定量显示，PDSg2的编辑效率达25%-40%，而PDSg1和PDSg3几乎检测不到编辑。

DVR编辑效率达10%：DVRg1和DVRg2的编辑效率最高达10%。

可遗传至T1代：更关键的是，带有白色区域的种荚发育成熟后，其种子萌发产生的T1植株中，18株中有5株检测到PDS杂合突变（2 bp和8 bp缺失）。自交后，77株中有17株表现出PDS功能缺失表型，符合孟德尔1:3分离比（χ²=0.35, p=0.55），证明编辑事件稳定遗传。

T1代获得纯合突变体：对于DVR基因，T1代中已获得双等位基因纯合突变体——两等位基因均携带相同的15 bp缺失，植株表现为浅绿色和高叶绿素荧光，与已知dvr突变体表型一致。

4. 技术优化：增强型Ymu1变体

为提升低效gRNA的编辑能力，团队引入已知的活性增强突变：

· H4Y和V305R：在4条低效gRNA中，有2条的编辑效率得到明显提升

· K76A：改变TAM特异性（从TTGAT变为TYTAT），使原本不可靶向的位点获得可检测的编辑

· 双分型核定位信号：对编辑效率无显著影响

· C端截短：不影响编辑活性，且可使载体更紧凑，为后续定制化改造留出空间

5. 总结与意义

该研究首次在列当科寄生植物中建立了可遗传的病毒诱导基因组编辑体系，核心突破在于：

· 无需组织培养和花浸转化：通过发根农杆菌递送TRV病毒载体，直接在完整植株中实现编辑

· 可遗传编辑：T1代获得纯合突变体，编辑事件稳定传递

· 超紧凑工具：TnpB体积仅为Cas9的三分之一，适合病毒递送

· 可定制优化：通过点突变增强活性、改变TAM特异性，适配不同靶点

该体系为寄生植物功能基因组学研究提供了关键工具，未来可用于靶向寄生相关基因，解析寄生识别与吸器形成的分子机制。同时，该策略不局限于寄生植物——发根农杆菌介导的病毒递送系统有望拓展至其他难以转化的作物和非模式植物，为植物基因组编辑提供一条“绕过组培”的通用路径。

原文信息： Ruwe H., Kleinelanghorst F.I., Zimmer V., Spallek T. Virus-Induced Genome Editing in the Parasitic Plant Phtheirospermum japonicum. Plant Cell & Environment, 2026. DOI： 10.1111/pce.70984

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