自然植物:解决小麦遗传转化中基因型依赖性问题的研究

资料来源：作物科学研究所2022-01-17 12:49

中国农业科学院作物科学研究所作物转基因与基因编辑技术及应用创新团队鉴定出一个与小麦植株再生相关的基因TaWOX5，并利用TaWOX5基因克服了小麦遗传转化中的基因型依赖问题。相关研究成果发表于《自然-植物（Nature Plants）》。叶兴国研究员认为，遗传转化效率低和基因型依赖性制约了小麦转基因和基因编辑的研究和应用。

中国农业科学院作物科学研究所作物转基因与基因编辑技术及应用创新团队鉴定出一个与小麦植株再生相关的基因TaWOX5，并利用TaWOX5基因克服了小麦转化中的基因型依赖问题。相关研究成果发表于《自然-植物（Nature Plants）》。

叶兴国研究员认为，遗传转化效率低和基因型依赖是制约小麦转基因和基因编辑研究应用的主要障碍。近年来，小麦遗传转化效率虽然有了显著提高，但只适用于少数模式小麦基因型，许多小麦品种不适合转基因和基因编辑。但利用再生基因可以促进离体培养转化小麦的组织再生，提高转化效率，扩大转化小麦品种范围，实现更多品种的转化改良。

经过13年的研究，团队克隆并鉴定了多条可能与小麦再生植株相关的基因，最终发现TaWOX5可以显著提高小麦的再生效率和转化效率。研究发现，TaWOX5基因的过表达不仅显著提高了模式小麦基因型的转化效率，而且显著提高了22个小麦推广品种或重要种质资源的转化效率，尤其是转化成功的顽星小麦品种，转化效率提高了2-10倍。进一步验证表明，TaWOX5基因在转化波兰小麦、栽培小麦、黑麦、小黑麦、大麦、玉米等单子叶植物时，可显著提高转化效率。此外，还发现TaWOX5对小麦愈伤组织分化和再生植株根系生长无副作用，其宽叶表型有利于转基因植株的鉴定，以及无需筛选标记即可快速鉴定转基因植株和基因编辑植株。以上结果表明，TaWOX5基因大大提高了小麦等植物的转化效率，克服了基因型的限制，简化了鉴定工作，具有广阔的应用前景。

中国科学院钟康院士对这项工作给予了高度评价。他解释说，小麦等多倍体作物遗传转化的成功率限制了转基因生物技术的育种和产业化。基因型依赖是长期困扰植物遗传转化的瓶颈问题。即使在烟草、拟南芥、水稻等模式植物的遗传转化中，也存在很强的基因型依赖性，限制了利用转基因技术改良优良品种。与已报道的再生基因相比，TaWOX5不影响再生植株的愈伤组织分化和根系发育，不需要从愈伤组织中排除。基于转基因和基因编辑技术，有理由预测TaWOX5基因将在小麦等植物的基因功能鉴定和新材料创制中具有广阔的应用前景。

中国科学院林洪轩院士评论，遗传转化过程中的基因型限制问题普遍存在于各种作物中，已成为制约转基因育种的最大瓶颈之一。小麦是六倍体作物，其遗传转化已经远远落后于其他主要作物。叶兴国实验室长期致力于小麦遗传转化技术体系的建立和再生基因的挖掘，近期取得了新的突破，基本解决了小麦遗传转化中的基因型限制问题，为小麦转基因育种和基因编辑育种提供了强有力的技术支撑。该基因还能显著提高单子叶植物的转化效率

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