近日，中国农业大学园艺学院韩振海、李威团队在国际知名杂志《植物生理》（Plant Physiology）发表了题为《基因编辑苹果SQUAMOSA PROMOTER BINDNG PROTEIN-LIKE 6提高不定芽再生效率》（Genome editing of apple SQUAMOSA PROMOTER BINDNG PROTEIN-LIKE 6 enhances adventitious shoot regeneration）的研究论文。该研究成功利用基因编辑技术突变苹果MdSPL6基因，显著提高不定芽的再生效率，为在苹果和其他蔷薇科果树中利用基因编辑技术创制高再生种质探索出一条有效途径。
论文信息
在苹果中建立高效的转基因及基因编辑技术体系是实现分子设计育种的关键。然而，多数苹果品种和砧木材料遗传转化效率普遍偏低，严重限制了分子遗传改良进程。不定芽再生能力低是苹果遗传转化的主要瓶颈。挖掘适用于苹果的再生基因，提高不定芽再生能力，是建立苹果高效遗传转化体系的重要基础。
论文插图
该研究首先通过多组学联合分析和遗传转化实验揭示苹果 ‘GL-3’ 材料高再生的分子机制，发现miR156aa的高表达是其再生能力强的主要原因；进而通过WGCNA分析和双荧光素酶实验验证miR156aa对不定芽再生的调控是通过靶向调控MdSPL6实现的，并结合遗传转化实验证实MdSPL6对不定芽再生的抑制作用。进一步在苹果MdSPL6基因编码区设计2个基因编辑位点，利用农杆菌介导法进行遗传转化实验，成功获得苹果Mdspl6突变株系。通过对突变体材料进行不定芽再生能力检验，证实叶片再生能力显著增强。
此前，美国佛罗里达大学霍合强团队在Plant biotechnology journal期刊上在线发表了题为“Application of Developmental Regulators to Improve In-Planta or In Vitro Transformation in Plants”的研究论文，该研究利用过表达影响植物再生发育相关的基因，通过农杆菌体外注射成株或者侵染外植体离体再生的方法成功地在金鱼草，番茄，小白菜等多个物种上获得了稳定的转基因植株，这种高效的转基因手段对于基因编辑和其它植物技术在现代农业的运用上具有重要的运用价值和意义。
随着基因编辑和基因组测序技术的不断发展，转基因成为了研究基因功能和现代化植物育种中一种必不可少的技术手段，但是受限于不同物种的再生能力，缺乏高效的遗传转化体系限制了现代生物技术在许多重要作物物种上有效应用。在本研究中，研究者首先在金鱼草成年植株上注射了调控植物再生发育相关基因的过表达载体，包括PLETHORA (PLT5)， WOUND INDUCED DEDIFFERENTIATION 1 (WIND1)，ENHANCED SHOOT REGENERATION (ESR1)， WUSHEL (WUS), 和 WUS-P2A-BBM在内的5种不同的拟南芥再生发育相关基因，结果发现注射过表达PLT5, WIND1 和WUS 可以直接得到能够稳定遗传的转基因再生芽，其中PLT5有着最高的转化效率，这一结论在番茄上得到了进一步验证。同时，研究者发现过表达PLT5也可以显著提高离体小白菜子叶的遗传转化效率。此外，研究者在农杆菌过表达载体中加入了GFP 和Dellia (促进花青素合成的转录因子)过表达元件, 在方便了转基因植株筛选工作的同时，也进一步证实了方法的有效性。
图一 金鱼草成株注射遗传传化试验
图二 番茄成株注射遗传转化试验
研究中的转基因方法有着以下两点优势：1) 可以提高再生能力比较差的物种的遗传转化效率，此外成株体外直接注射转化的方法可以跨过繁琐的组培工作，在野生型植株上直接收获T1代转基因种子，极大的缩短了转基因材料的获得时间，尤其适合于一些生长周期较长的物种；2) 体外注射转化可以直接得到转基因枝条和野生型母株的结合体，有助于分子信号长距离运输传导的研究。
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