小麦遗传转化现状、小麦的基因型

近日，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。 TaWOX5基因用于克服小麦遗传转化中的基因型依赖性问题。 1月13日，相关研究成果在线发表于《自然-植物》（《自然植物》）。 TaWOX5基因的使用显着提高了不同小麦基因型再生效果的比较。中国农业科学院作物科学研究所供图。中国科学院院士钟康指出，该研究通过鉴定和利用小麦中再生相关基因TaWOX5，显着提高了大多数小麦品种的转化效率，基本克服了基因型障碍。同时发现TaWOX5基因还提高了大麦和玉米的转化效率，并基于该基因建立了培育单粒小麦、黑麦和六倍体小黑麦的遗传转化体系。与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。中国科学院院士林红轩认为，利用TaWOX5基因还可以显着提高大麦、小黑麦、黑麦、栽培单粒小麦和玉米等单子叶植物的遗传转化效率，具有广阔的应用前景。制约小麦生物技术育种及产业化的主要障碍中国农业科学院作物科学研究所研究员叶兴国介绍，遗传转化效率低、基因型依赖性强是制约小麦转基因研究和基因编辑研究的主要障碍。应用程序。尽管近年来小麦遗传转化效率有了显着提高，但仅适用于少数模式小麦基因型，许多小麦品种并不适合转基因和基因编辑。利用再生基因可以促进体外培养转化的小麦组织的再生，提高转化效率，扩大可转化小麦品种的范围，使更多品种的转化和遗传改良成为可能。 “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。基因型依赖性是长期困扰植物遗传转化的瓶颈，即使在烟草、拟南芥等模式植物的遗传转化中也是如此。”而水稻的转化也具有较强的基因型依赖性，这限制了利用转基因技术进行优良品种的遗传改良，随着基因编辑技术的完善和广泛应用，克服基因型依赖性变得更加重要。”仲康说道。林洪轩认为，遗传转化过程中的基因型限制问题在各种作物中普遍存在，已成为限制转基因育种的最大瓶颈之一。小麦是六倍体作物，遗传转化远远落后于其他主要作物。尽管日本烟草利用模型基因型建立了高效的小麦遗传转化体系，但基因型限制问题仍然是小麦功能基因组研究、转基因育种和基因编辑育种的障碍。 TaWOX5被发现能够显着提高小麦的再生效率和转化效率。经过13年的研究，叶兴国团队克隆并功能鉴定了多个可能与小麦再生植株相关的基因，最终发现TaWOX5可以显着提高小麦再生效率和转化效率。研究发现，TaWOX5基因过表达不仅显着提高了Fielder、科农199等模式小麦基因型的转化效率，而且显着提高了济麦22、郑麦7698、苏麦3号和苏麦3号等22个推广小麦品种的转化效率。中国之春.还是重要种质资源的转化效率，尤其是宁春4号、爱康58、西农979等顽固明星小麦品种转化成功，转化效率提高2-10倍。进一步验证发现，TaWOX5基因在波兰小麦、栽培单粒小麦、黑麦、小黑麦、大麦、玉米等单子叶植物遗传转化中可显着提高转化效率。

此外，还发现TaWOX5对小麦愈伤组织分化和再生植株根系生长没有副作用。其宽叶表型有利于转基因植物的鉴定以及无需筛选标记即可快速鉴定转基因植物和基因编辑植物。克服基因型限制并简化鉴定工作具有广阔的前景。本研究结果表明，TaWOX5基因极大提高了小麦等植物的转化效率，克服了基因型限制，简化了鉴定工作，具有广阔的应用前景。 “叶兴国团队发现TaWOX5基因能够极大促进小麦胚性愈伤组织的发生和植株再生。使用TaWOX5基因的Fielder等易转化品种的转化效率达到75-96%，济麦22等难转化品种达到17-82%，基本解决了小麦遗传转化中基因型限制的问题，为小麦转基因育种和基因编辑育种提供了有力的技术支撑。利用该基因还可显着提高大麦、黑麦、黑麦、小麦、玉米等单子叶植物的遗传转化效率，具有广阔的应用前景。”仲康认为，有理由预测TaWOX5基因在小麦等植物的基因功能鉴定以及基于转基因和基因编辑技术的新材料创造方面将具有广阔的应用前景。中国农业科学院作物科学研究所王克副研究员、博士研究生石磊、博士后梁晓娜为该论文的共同第一作者。叶兴国研究员、王克副研究员、日本烟草公司石田裕二博士为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、宁夏回族自治区重点研发计划、中国农业科学院农业科技创新项目的资助。