学术研究报告：谷胱甘肽S-转移酶CrGST24在云南山茶愈伤组织不定芽分化中的作用

一、研究团队与发表信息
本研究由西南林业大学园林园艺学院的Zihang Cao、Jianzhao Wang（共同第一作者）及Tian Wu（通讯作者）团队完成，合作者包括Yikai Gong、Xian Yin、Cheng Yang和Ting Yang。论文《Glutathione S-transferase CrGST24 in the differentiation of adventitious buds from Camellia reticulata callus》于2025年8月15日发表于Frontiers in Plant Science（DOI: 10.3389/fpls.2025.1641401），属开放获取（Open Access）文章。

二、学术背景
云南山茶（*Camellia reticulata*）是中国传统园林中的重要观赏植物，具有文化和经济价值，但其组织培养过程中存在愈伤组织不定芽分化效率低甚至无法分化的难题。前期研究发现，云南山茶品种‘紫袍’与野生型愈伤组织在形态（白色松散vs.绿色致密）和分化能力上存在显著差异。谷胱甘肽S-转移酶（Glutathione S-transferase, GST）家族在植物激素信号传导和抗氧化应激中起关键作用，但其在云南山茶中的功能尚不明确。本研究旨在解析CrGST24基因通过调控植物激素（生长素和细胞分裂素）及抗氧化物质（谷胱甘肽GSH和抗坏血酸ASA）合成促进不定芽分化的分子机制。

三、研究流程与方法
1. 基因克隆与生物信息学分析
- 从云南山茶愈伤组织转录组数据（NCBI登录号PRJNA909456）中筛选差异表达基因CrGST24，通过RT-PCR克隆其全长序列（693 bp，编码213个氨基酸），系统进化分析显示其属于Tau亚家族。
- 利用STRING数据库预测CrGST24与谷胱甘肽合成酶CrGSHb和脱氢抗坏血酸还原酶CrDHAR2存在潜在互作。

1. 基因表达模式分析

   • 在不同浓度生长素（IBA）和细胞分裂素（6-BA）的培养基（YS1-YS4）中培养愈伤组织，qPCR显示CrGST24在0.1 mg/L IBA + 1.0 mg/L 6-BA的YS3培养基中表达最高（野生型表达量较对照提升2.27倍）。
     
   • 光处理实验表明，蓝光和红光（5000 lx）显著诱导CrGST24表达（蓝光处理3天后表达量提升4.55倍）。
     

2. 烟草异源转化与功能验证

   • 构建CrGST24过表达载体（pCAMBIA1300-35S），通过农杆菌（Agrobacterium tumefaciens GV3101）介导转化烟草，筛选获得3个高表达株系（OE6/OE7/OE22，表达量较野生型提升971–1402倍）。
     
   • 表型分析显示转基因烟草茎毛长度和密度显著增加（平均3.13 mm，较野生型提升2.37倍），离体叶片再生实验中不定根分化提前5天，不定芽形成更显著。
     

3. 激素与抗氧化物质检测

   • ELISA检测表明转基因烟草内源生长素和细胞分裂素含量分别提升2.09倍和2.16倍，且生长素/细胞分裂素比值升高。
     
   • NBT染色与ELISA显示转基因烟草活性氧（ROS）含量降低1.31倍，GSH和ASA含量分别提升1.42倍和6.09倍。
     

4. 蛋白互作与机制解析

   • 酵母双杂交（Y2H）和荧光素酶互补（LUC）实验证实CrGST24与CrGSHb、CrDHAR2直接互作，共同激活ASA-GSH循环。
     
   • 转录组分析发现，CrGST24通过上调生长素相关基因（如*CrYUCCA*、*CrPIN*）和细胞分裂素信号基因（如*CrARR*、*CrCRE*）表达，调控激素合成通路。
     

四、主要结果与逻辑链条
1. CrGST24的表达调控：外源IBA、6-BA和红蓝光通过激活CrGST24表达，促进内源激素合成，为不定芽分化提供信号基础。
2. 激素动态平衡：转基因烟草中生长素与细胞分裂素比值升高，驱动细胞分化和器官发生，印证了“激素比例决定分化方向”的理论。
3. 抗氧化清除机制：CrGST24-CrGSHb-CrDHAR2互作网络增强GSH和ASA合成，清除ROS，缓解氧化应激对愈伤组织分化的抑制。
4. 光质优化应用：蓝红光（2:1）处理使愈伤组织细胞排列更紧密，结合GSH+ASA外源添加，显著提升不定芽分化效率。

五、研究结论与价值
1. 科学价值：首次揭示CrGST24通过“激素-抗氧化”双途径调控云南山茶不定芽分化的分子机制，为植物再生研究提供新靶点。
2. 应用价值：建立优化培养方案（YS3培养基+蓝红光2:1+GSH/ASA），解决云南山茶组织培养技术瓶颈，助力品种改良。

六、研究亮点
1. 多维度解析：整合转录组、激素检测、蛋白互作和表型分析，系统性阐明CrGST24功能。
2. 技术创新：开发红蓝光比例调控策略，结合抗氧化剂外源添加，显著提升分化效率。
3. 跨物种验证：通过烟草异源转化模型，验证基因功能的普适性。

七、其他价值
研究提出的“激素-抗氧化协同调控”模型可拓展至其他木本植物组织培养，为濒危物种保育和遗传转化提供参考。