劉耀光院士團隊利用玉米GOLDEN 2提高水稻和玉米的遺傳轉(zhuǎn)化效率

　　近日，華南農(nóng)業(yè)大學生科院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗室、嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室劉耀光院士團隊，在國際知名學術(shù)期刊SCIENCE CHINA Life Sciences（IF2021=10.372，生物學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玉米GOLDEN2基因可促進愈傷的分化，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等可以促進植物體細胞胚的產(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)等生物學過程。

 

　　該研究對玉米G2基因進行水稻密碼子優(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，分化效率提高11.6-48.7%，轉(zhuǎn)化效率提高8.3-23%。通過對轉(zhuǎn)基因水稻愈傷組織的RNA-seq和RT-qPCR分析發(fā)現(xiàn)，rZmG2主要通過促進葉綠體發(fā)育相關(guān)基因的表達來提高水稻的分化效率。

 

　　此外，利用團隊前期開發(fā)的基于Cre/loxP的篩選標記剔除系統(tǒng)，通過對轉(zhuǎn)化體幼苗進行熱激處理，可實現(xiàn)rZmG2基因及其篩選標記基因表達盒的自刪除，以避免對植株生長發(fā)育造成影響，獲得不帶轉(zhuǎn)基因篩選標記植株。該研究提供了一種高效的植物遺傳轉(zhuǎn)化新工具。

 

　　華南農(nóng)業(yè)大學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 生命科學院學院