近日，我校華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生科院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室劉耀光院士團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊SCIENCE CHINA Life Sciences（IF2021=10.372，生物學(xué)1區(qū)）在線發(fā)表題為“Overexpression of maize GOLDEN2 in rice and maize calli improves regeneration by activating chloroplast development”的研究論文（論文鏈接：https://www.sciengine.com/SCLS/doi/10.1007/s11427-022-2149-2）。該研究揭示了在水稻和玉米的愈傷組織中過(guò)表達(dá)玉米GOLDEN2基因可促進(jìn)愈傷的分化，從而提高遺傳轉(zhuǎn)化效率。
在遺傳轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，愈傷組織或外植體組織再生效率的高低直接影響目的基因轉(zhuǎn)化的成功率。秈稻、玉米一直存在遺傳轉(zhuǎn)化難的問(wèn)題。近年來(lái)報(bào)道了通過(guò)在愈傷組織或外植體過(guò)表達(dá)一些植物發(fā)育調(diào)節(jié)因子或復(fù)合體如WUS/BBM，GRF/GIF，WOX5等可以促進(jìn)植物體細(xì)胞胚的產(chǎn)生或芽的再生，從而提高基因轉(zhuǎn)化效率。GOLDEN2（G2）是GARP轉(zhuǎn)錄因子超家族中的一員，其調(diào)控葉綠體的發(fā)育，還參與生物脅迫、植物衰老、植物激素信號(hào)傳導(dǎo)等生物學(xué)過(guò)程。
該研究對(duì)玉米G2基因進(jìn)行水稻密碼子優(yōu)化合成了rZmG2基因，并從水稻中分離鑒定到愈傷特異強(qiáng)啟動(dòng)子CSPpro （callus-specific promoter），構(gòu)建了CSPpro驅(qū)動(dòng)rZmG2基因且具有熱激誘導(dǎo)自刪除的雙元載體pYLTAC380H-CSPpro::rZmG2。將此載體轉(zhuǎn)化粳稻（DongJing和中嘉8號(hào)）、秈稻（華占和華光）以及玉米（B104）。在愈傷分化階段，轉(zhuǎn)化rZmG2基因的水稻和玉米愈傷組織會(huì)提前轉(zhuǎn)綠且綠點(diǎn)變多（如下圖1），分化效率提高11.6-48.7%，轉(zhuǎn)化效率提高8.3-23%。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因水稻愈傷組織的RNA-seq和RT-qPCR分析發(fā)現(xiàn)，rZmG2主要通過(guò)促進(jìn)葉綠體發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)提高水稻的分化效率。
rZmG2促進(jìn)水稻再生。（A）載體pYLTAC380H-CSPpro::rZmG2，熱激誘導(dǎo)可刪除兩個(gè)loxP之間的表達(dá)盒。(B~E) 分化階段的水稻愈傷組織，B和C為秈稻品種，華占和華光，D和E為粳稻品種，DongJing和中嘉8號(hào)。
此外，利用團(tuán)隊(duì)前期開(kāi)發(fā)的基于Cre/loxP的篩選標(biāo)記剔除系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)化體幼苗進(jìn)行熱激處理，可實(shí)現(xiàn)rZmG2基因及其篩選標(biāo)記基因表達(dá)盒的自刪除（如下圖2），以避免對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育造成影響，獲得不帶轉(zhuǎn)基因篩選標(biāo)記植株。該研究提供了一種高效的植物遺傳轉(zhuǎn)化新工具。
rZmG2轉(zhuǎn)基因株系中標(biāo)記刪除檢測(cè)。在熱激誘導(dǎo)Cre酶基因表達(dá)條件下，pYLTAC380H-CSPpro::rZmG2
（圖1A）轉(zhuǎn)基因株系中兩個(gè)loxP位點(diǎn)間的序列被完全刪除。0.5-kb片段為PCR檢測(cè)的刪除片段。
華南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生羅婉妮和博士后譚健韜為該論文共同第一作者，郭晶心研究員和祝欽瀧研究員為共同通訊作者。劉耀光院士參與了相關(guān)研究。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用研究重大專項(xiàng)、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室等資助。
圖/文 生命科學(xué)院學(xué)院 郭晶心
