aBIOTECH | 汪伟光/胡秋芬团队建立双重视觉标记基因编辑观赏烟草可视化技术体系

花烟草（Nicotiana alata）是一种与烟草（Nicotiana tabacum）功能定位截然不同的专用观赏作物，隶属于茄科烟草属，凭借硕大艳丽的花朵、多样的花色、持久的花期和百合般的独特芳香，成为园艺中极具价值的观赏植物，广泛应用于温室栽培和景观布置。然而，其主栽品种“Jasmine”在室内低光照条件下极易感染白粉病，导致叶片黄化、枯萎，观赏价值急剧下降，且传统种植依赖杀菌剂，既增加成本又不符合可持续农业发展需求。同时，花烟草遗传改良长期受困于基因型依赖的再生难题、抗生素标记带来的监管争议，严重阻碍了其抗病育种进程。

近日，云南民族大学民族医药学院云南特色生物资源合成生物智造汪伟光/胡秋芬团队联合西南林业大学、云南中烟工业有限责任公司在aBIOTECH发表了题为“Visual marker–assisted gene editing of MLO confers powdery mildew resistance in Nicotiana alata”的研究论文。该研究在观赏作物基因编辑领域开发出首个适用于花烟草的无抗生素标记的双视觉基因编辑系统，并成功培育出白粉病抗性强、观赏性状稳定的优良品种。相关研究成果为观赏茄科作物的抗病育种提供了高效解决方案，具有重要的产业应用价值。

团队针对花烟草叶外植体再生效率低的难点，通过外植体的选择及优化培养基激素配比，确定了叶片作为外植体的最优培养条件，实现了>95%的愈伤诱导率、>50%的芽分化率和100%的生根率（图1）。在农杆菌介导转化中，筛选出GV3101和LBA4404菌株，转化效率高达95%，且污染率低，解决了花烟草遗传操作的关键技术瓶颈。

图1. 花烟草的叶盘再生和遗传转化

此外团队突破了先前白色花烟草品种无法通过花青素标记筛选的瓶颈，利用拟南芥AtPAP1和烟草NtAN2基因在粉花、柠檬绿花、白花等不同花色花烟草中成功诱导了花青素积累，形成直观的紫色表型，实现转化事件的快速可视化筛选，创制了通过自然变异无法获得的紫花色表型植株（图2）。

图2. 使用PAP1基因对花烟草进行可视化的遗传转化

在此基础上，团队构建了CRISPR/Cas9双视觉编辑载体，以花青素积累指示转化成功，以NalaPDS基因编辑产生的白化表型信号编辑有效，彻底摆脱了对抗生素标记的依赖，筛选效率提升至58.8%，其中纯合突变体和双等位突变体均表现出明显的紫白双色表型，便于快速识别（图3）。SpCas9变体SpG和SpRY也被引入花烟草基因编辑，SpG可高效识别NGN型PAM位点，在NGH型（H=A/C/T）位点最高编辑效率达18.3%；SpRY则实现近无PAM限制的靶向编辑，可编辑NRN型和部分NYN型PAM位点，成功突破了传统 SpCas9对NGG型PAM的依赖，显著扩大了花烟草基因组的可编辑范围。

图3. 花烟草的双可视化CRISPR系统开发

最后团队利用优化后的pNala-SpCas9载体对商业品种“Jasmine”的MLO基因进行靶向敲除，T0代编辑效率达45.6%，获得的纯合和双等位突变体在T1、T2代均表现了白粉病抗性。基因编辑后的花烟草不仅实现了白粉病抗性的稳定遗传，还完美保留了花色和花香核心观赏性状（图4）。

图4. NalaMLO基因编辑对花表型和花香成分的影响

该研究得到国家自然科学基金、云南省自然科学基金、云南省科技人才与平台计划项目等资助。云南民族大学与西南林业大学联合培养的刘华银博士为第一作者，胡秋芬研究员和汪伟光教授为共同通讯作者；云南民族大学研究生黄欣瑶、张艳群、孔令望，云南中烟工业有限责任公司李晶、王晋研究员，以及西南林业大学周世萍教授也参与了该研究。

引用本文：

Liu H-Y, Huang X-Y, Jin W, Zhang Y-Q, Li J, Kong L-W, et al. Visual marker–assisted gene editing of MLO confers powdery mildew resistance in Nicotiana alata. aBIOTECH 2026:100024.

https://doi.org/10.1016/j.abiote.2026.100024