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)與利用國家重點實驗室,、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室劉耀光院士團(tuán)隊,，在國際知名學(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)化難的問題,。近年來報道了通過在愈傷組織或外植體過表達(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、植物激素信號傳導(dǎo)等生物學(xué)過程,。

該研究對玉米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)啟動子CSPpro （callus-specific promoter），構(gòu)建了CSPpro驅(qū)動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）,、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提前轉(zhuǎn)綠且綠點變多（如下圖1）,，分化效率提高11.6-48.7%，轉(zhuǎn)化效率提高8.3-23%,。通過對***水稻愈傷組織的RNA-seq和RT-qPCR分析發(fā)現(xiàn),，rZmG2主要通過促進(jìn)葉綠體發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)來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,。

此外，利用團(tuán)隊前期開發(fā)的基于Cre/loxP的篩選標(biāo)記剔除系統(tǒng),，通過對轉(zhuǎn)化體幼苗進(jìn)行熱激處理,，可實現(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）,，以避免對植株生長發(fā)育造成影響，獲得不帶***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***株系中標(biāo)記刪除檢測。在熱激誘導(dǎo)Cre酶基因表達(dá)條件下,，pYLTAC380H-CSPpro::rZmG2

（圖1A）***株系中兩個loxP位點間的序列被完全刪除,。0.5-kb片段為PCR檢測的刪除片段。

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。該研究得到國家自然科學(xué)基金,、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用研究重大專項,、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)項目實驗室等資助。

圖/文 生命科學(xué)院學(xué)院 郭晶心