棉花作为全球重要的天然纤维作物，其基因功能研究与分子育种长期受制于传统农杆菌介导的遗传转化体系。该体系存在转化周期长（需6-12个月）、依赖组织培养、基因型依赖性强、转化效率低等瓶颈，难以满足高通量基因功能验证的需求，严重制约了棉花功能基因组学研究进程。

浙江农林大学棉花育种团队优化的ARM（Agrobacterium rhizogenes-mediated）毛状根转化体系有效克服了上述局限，具有以下核心优势：（1）操作简便、周期短：无需组织培养和严格无菌操作，可直接在非无菌条件下侵染棉花茎尖，仅需约1个月即可获得转基因毛状根，较传统体系缩短2/3以上时间；（2）高效广谱、基因型依赖低：在多个陆地棉品种中转化效率可达100%，突破了传统方法对受体基因型的严格限制；（3）功能验证手段多样：获得的转基因毛状根可兼容RNAi基因沉默、过表达载体转化，可用于亚细胞定位及非生物胁迫响应等多种功能研究。

近期，浙江农林大学棉花育种团队完成的题为“Highly efficient Agrobacterium rhizogenes-mediated hairy root transformation for gene function analysis in cotton without tissue culture””的研究在Journal of Integrative Agriculture（JIA）优先在线发表。

发根农杆菌介导的毛状根转化体系的优化

本研究通过对比不同侵染操作方式、侵染液浓度及不同陆地棉品种的侵染效率，建立了一种操作简便、快速、高效的棉花毛状根诱导系统。ARM体系无需无菌工作条件（图1），且适用于不同基因型的陆地棉品种，与传统组织培养方法相比具有显著优势。

图1 棉花ARM转化体系的操作流程

ARM体系在多类型实验中的广泛应用

通过构建不同载体进行验证，我们发现ARM体系可应用于多种实验场景：可实现根尖基因过表达（图1）、RNAi介导的根尖基因沉默（图2），并证实沉默效果显著；同时，构建基因-GFP融合载体可在棉花本体根系中观察亚细胞定位（图3）。

图2 基于ARM体系的棉花内源基因RNAi沉默

图3 基于ARM体系的蛋白亚细胞定位分析

ARM体系在棉花基因功能研究中的应用价值

为验证毛状根在基因功能分析中的适用性，本研究利用ARM体系对GhCDPK16基因进行过表达转化。该基因已被证实与棉花抗旱性呈正相关，过表达GhCDPK16的转基因植株表现出显著增强的抗旱能力（图4）。上述结果表明，ARM体系在环境胁迫相关基因的功能验证方面具有重要应用潜力。

图4 基于ARM体系的GhCDPK16过表达植株抗旱性鉴定

本研究优化的高效棉花毛状根体系是验证环境胁迫相关基因功能的重要工具，通过构建盐碱、干旱等非生物胁迫模型，能够高效筛选抗逆基因并为转基因育种提供理论指导；该体系不仅显著提升了基因功能研究的效率，更为棉花抗逆品种培育及产业可持续发展奠定了技术基础。

Cite the article:

Mengyuan Yan, Ziwei Ye, Ming Tan, Yan Zhou, Meijie Chai, Huan Yu, Wen Li, Libei Li, Zhen Feng, Shuxun Yu. 2026. Highly efficient Agrobacterium rhizogenes-mediated hairy root transformation for gene function analysis in cotton without tissue culture. Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2026.03.003

https://doi.org/10.1016/j.jia.2026.03.003

Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》, JIA）由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.4，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中国科学院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。