該研究于美國時間8月7日發表在國際學術期刊《Science（科學）》上，題為“Cell-cell adhesion in plant grafting is facilitated by b-1,4-glucanases”（b-1,4-葡聚糖酶促進植物嫁接過程中的細胞粘附），第一作者為日本名古屋大學生物功能開發利用研究中心的副教授Michitaka Notaguchi。

　　蟠桃樹長出杏子，蘋果樹開出梨花，葫蘆苗上長出西瓜，甚至同一棵果樹可以生長出十多種水果，植物嫁接技術已經被普遍用于果樹、林木、花卉的繁殖上。然而植物嫁接技術常常受物種親緣性限制，近緣植物之間嫁接成功率較高。近日科學家們發現，一種煙草可以“做媒”，幫助實現跨物種嫁接。

　　植物嫁接技術是一種無性繁殖技術，即將一種植物的接穗（接上去的枝或芽）與另一植物的砧木（被接植物體）相結合，通過兩個或多個植物組織之間的創面愈合使其像單個植物一樣生長，常用于改善農作物性狀。但植物嫁接技術受物種親緣性限制，通常只有近緣植物之間的嫁接成功率較高。

　　研究團隊發現，一種茄科本氏煙草（Nicotiana benthamiana）嫁接能力突出，與不同科的植物也能成功嫁接。同時，其嫁接成功的“秘訣”在于煙草激活了與創傷修復、重建細胞壁相關的基因NbGH9B3，而這一基因能夠編碼促進細胞與細胞黏附的β-1,4-葡聚糖酶。

　　在實驗中，研究人員分別將大豆接穗嫁接至菊花砧木、將本氏煙草接穗嫁接至菊花砧木，并將同種菊花之間進行嫁接作為對照。

　　結果顯示，大豆接穗死亡，而本氏煙草接穗移植成功并在3個月后結實。

　　在移植失敗的大豆與菊花移植物的嫁接邊界有明顯壞死層，同種菊花、本氏煙草與菊花的嫁接邊界壞死層并不明顯且形成了薄細胞壁，這說明本氏煙草可以在跨種嫁接過程中實現細胞間粘附。

　　A-C分別為菊花/菊花、大豆/菊花、本氏煙草/菊花嫁接后的圖像。D-F為A-C中所示的嫁接連接處的橫截面。G、H為大豆和煙草與菊花砧木連接處附近的電子顯微鏡（TEM）圖像。I-K為細胞邊界TEM圖像的連續切片。研究通過嫁接實驗進一步檢測了被子植物范圍內可以成功與本氏煙草進行嫁接的物種，發現本氏煙草能夠與38個科中的73種植物間跨種嫁接，其中包括2種木蘭科植物，5種單子葉植物和65種雙子葉植物。因此，本氏煙草能夠與一系列被子植物之間進行嫁接。煙草為什么能在跨種嫁接中發揮這么大的作用？團隊進而分析了本氏煙草與擬南芥在嫁接后2小時到28天內嫁接處的基因轉錄組變化。

　　研究發現，轉錄組變化伴隨著嫁接處細胞增殖、木質部形成等形態變化，隨著時間推移，與嫁接有關的基因如生長素、傷口修復、形成層等表達上調。同時，研究檢測到嫁接中早期本氏煙草接穗上調的基因與細胞壁形成相關，這表明本氏煙草接穗的活力依賴于嫁接界面細胞組織的形成。

　　在促進細胞壁形成的基因變化中，研究人員發現了一種名為NbGH9B3的基因，該基因能夠編碼糖基水解酶9B（GH9B）家族的β-1,4-葡聚糖酶，在植物嫁接中發揮重要作用。

　　為了檢測該基因在本氏煙草跨種嫁接過程中發揮的作用，團隊用病毒誘導使NbGH9B3基因沉默，并觀察到NbGH9B3基因沉默的實驗組嫁接失敗，本氏煙草接穗易于從擬南芥砧木中分離出來，且嫁接界面形成了壞死層，而NbGH9B3表達的實驗組則嫁接成功。

　　同時，研究稱在大豆、牽牛花、玉米和擬南芥的同種嫁接過程也存在GH9B3家族基因表達上調的情況，而跨種嫁接過程中GH9B3家族基因表達幾乎沒有變化。

　　值得注意的是，NbGH9B3基因在本氏煙草與擬南芥嫁接過程中表達上調。由于在很多植物中，只有在種內嫁接過程中才會出現NbGH9B3基因表達上調的情況，因此這意味著，本氏煙草在跨種嫁接過程中能夠激活類似種內嫁接的基因機制，使NbGH9B3基因表達上調，促成嫁接的成功。

　　糖基水解酶9B3對植物嫁接組織創面愈合具有重要作用，圖E-G為使用煙草作嫁接中介，將番茄接穗嫁接到擬南芥（E為嫁接后21天，F為嫁接后4個月）或者菊花砧木（G為嫁接后3個月）上。由于煙草的這一特性，研究人員將本氏煙草用作嫁接中介，將番茄接穗嫁接到擬南芥或者大豆砧木上，發現番茄接穗成功結實。進而，研究團隊還成功完成了以本氏煙草為嫁接中介的其他跨種嫁接實驗。研究團隊表示，煙草在植物嫁接中發揮的作用將有助于技術改良，而更有效的植物嫁接能夠增加根系多樣性，從而在對生態系統破壞最小的情況下幫助作物生產。在未來的研究中，研究人員將進一步探索β-1,4-葡聚糖酶是如何促進細胞之間的黏附的。