研究破解小麥遺傳轉(zhuǎn)化中基因型依賴性難題

　　1月13日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物轉(zhuǎn)基因及基因編輯技術(shù)與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)鑒定了一個(gè)與小麥植株再生相關(guān)的基因 TaWOX5 ，利用 TaWOX5 基因克服了小麥遺傳轉(zhuǎn)化中的基因型依賴性難題。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-植物（Nature Plants）》上。

 

　　據(jù)葉興國(guó)研究員介紹，遺傳轉(zhuǎn)化效率低和基因型依賴性是制約小麥轉(zhuǎn)基因研究與基因編輯研究及應(yīng)用的主要障礙。近年來，雖然小麥遺傳轉(zhuǎn)化效率顯著提高，但僅適用于少數(shù)模式小麥基因型，還有許多小麥品種不適合進(jìn)行轉(zhuǎn)基因和基因編輯。而利用再生基因能夠促進(jìn)離體培養(yǎng)和轉(zhuǎn)化的小麥組織再生，提高轉(zhuǎn)化效率并拓展可轉(zhuǎn)化小麥品種的范圍，實(shí)現(xiàn)更多品種的轉(zhuǎn)化和遺傳改良。

 

　　該團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)13年研究，對(duì)多個(gè)可能與小麥再生植株相關(guān)的基因進(jìn)行了克隆和功能鑒定，最后發(fā)現(xiàn) TaWOX5 具有顯著提高小麥再生效率和轉(zhuǎn)化效率的作用。研究發(fā)現(xiàn)，過表達(dá) TaWOX5 基因不但顯著提高了模式小麥基因型的轉(zhuǎn)化效率，而且顯著提高了22個(gè)小麥推廣品種或重要種質(zhì)資源的轉(zhuǎn)化效率，尤其成功轉(zhuǎn)化了頑拗型明星小麥品種，轉(zhuǎn)化效率提高了2-10倍。進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)， TaWOX5 基因在波蘭小麥、栽培一粒小麥、黑麥、小黑麥、大麥和玉米等單子葉植物遺傳轉(zhuǎn)化中，均可使轉(zhuǎn)化效率顯著提高。另外發(fā)現(xiàn)， TaWOX5 對(duì)小麥愈傷組織分化和再生植株根系生長(zhǎng)沒有副作用，其寬葉表型有利于轉(zhuǎn)基因植株識(shí)別以及無篩選標(biāo)記轉(zhuǎn)基因植株和基因編輯植株的快速鑒定。上述結(jié)果表明， TaWOX5 基因大幅度提高了小麥等植物的轉(zhuǎn)化效率，克服了基因型的限制，簡(jiǎn)化了鑒定工作，具有廣闊應(yīng)用前景。

 

　　中國(guó)科學(xué)院種康院士高度評(píng)價(jià)了此項(xiàng)工作，他解讀到，小麥等多倍體作物基因遺傳轉(zhuǎn)化成功率限制了轉(zhuǎn)基因生物技術(shù)育種與產(chǎn)業(yè)化。基因型依賴性是長(zhǎng)期困擾植物遺傳轉(zhuǎn)化的瓶頸問題，即便是煙草、擬南芥和水稻等模式植物的遺傳轉(zhuǎn)化，也存在強(qiáng)烈的基因型依賴性，限制了利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)優(yōu)良品種的遺傳改良。與已報(bào)道的再生基因相比，TaWOX5不影響愈傷組織分化和再生植株根系發(fā)育，不需要從愈傷組織中排除。有理由預(yù)測(cè)，TaWOX5基因在小麥等植物基于轉(zhuǎn)基因和基因編輯技術(shù)進(jìn)行的基因功能鑒定和新材料創(chuàng)制中具有廣泛應(yīng)用前景。

 

　　中國(guó)科學(xué)院林鴻宣院士點(diǎn)評(píng)到，遺傳轉(zhuǎn)化過程中的基因型限制性問題普遍存在于各種作物，并已成為限制轉(zhuǎn)基因育種的最大瓶頸之一。小麥?zhǔn)橇扼w作物，遺傳轉(zhuǎn)化一直遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他主要農(nóng)作物。葉興國(guó)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期致力于小麥遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)體系建立和再生基因挖掘，最近取得了新突破，基本解決了小麥遺傳轉(zhuǎn)化中基因型限制問題，為小麥轉(zhuǎn)基因育種和基因編輯育種提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。利用該基因還能顯著提高大麥、小黑麥、黑麥、栽培一粒小麥和玉米等單子葉植物的遺傳轉(zhuǎn)化效率，具有廣泛的應(yīng)用前景。

 

　　該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、寧夏回族自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程資助。