近日，中國農(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)新團隊鑒定了一個與小麥植株再生相關(guān)的基因TaWOX5，并利用TaWOX5基因克服了小麥遺傳轉(zhuǎn)化中的基因型依賴難題。此外，研究團隊還依托該基因建立了栽培一粒小麥、黑麥和六倍體小黑麥的遺傳轉(zhuǎn)化體系。相關(guān)研究結(jié)果在線發(fā)表于《自然·植物》上。

中國科學(xué)院院士種康指出，該項研究通過鑒定和利用小麥中的再生相關(guān)基因TaWOX5，基本克服了小麥品種轉(zhuǎn)化中的基因型障礙，顯著提高了轉(zhuǎn)化效率；與已報道的再生基因相比，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。

中國科學(xué)院院士林鴻宣認為，利用TaWOX5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。

基因型依賴制約小麥生物育種產(chǎn)業(yè)化

據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員葉興國介紹，遺傳轉(zhuǎn)化效率低和基因型依賴性是制約小麥基因編輯研究及應(yīng)用的主要障礙。近年來，雖然基因編輯使小麥遺傳轉(zhuǎn)化效率顯著提高，但其僅適用于少數(shù)模式小麥基因型，還有許多小麥品種不適合進行基因編輯。

“基因型依賴性是長期干擾作物遺傳轉(zhuǎn)化的問題，即便是煙草、擬南芥和水稻等模式植物的遺傳轉(zhuǎn)化，也存在強烈的基因型依賴性。隨著基因編輯技術(shù)的廣泛應(yīng)用，克服基因型依賴性顯得更加重要。”種康表示。

林鴻宣指出，小麥?zhǔn)橇扼w作物，遺傳轉(zhuǎn)化一直遠遠落后于其他主要農(nóng)作物。雖然日本煙草公司利用模式基因型建立了小麥高效遺傳轉(zhuǎn)化體系，但基因型限制問題依然是小麥功能基因組研究和基因編輯育種的障礙。

新基因能大幅提高小麥等的轉(zhuǎn)化效率

葉興國團隊歷經(jīng)13年研究，對多個可能與小麥再生植株相關(guān)的基因進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遺傳轉(zhuǎn)化效率的作用。

研究發(fā)現(xiàn)，過表達TaWOX5不但顯著提高了科農(nóng)199等模式小麥基因型的轉(zhuǎn)化效率，而且顯著提高了濟麥22、鄭麥7698、蘇麥3號和中國春等22個小麥推廣品種，以及重要種質(zhì)資源的轉(zhuǎn)化效率，尤其成功轉(zhuǎn)化了寧春4號、矮抗58、西農(nóng)979等頑拗型明星小麥品種，轉(zhuǎn)化效率提高了2—10倍。

進一步驗證發(fā)現(xiàn)，TaWOX5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，TaWOX5對小麥愈傷組織分化和再生植株根系生長沒有副作用，其寬葉表型有利于快速從各種植株中鑒定出基因編輯植株。

該研究結(jié)果表明，TaWOX5大幅提高了小麥等的轉(zhuǎn)化效率，克服了基因型依賴帶來的限制，簡化了鑒定工作，具有廣闊應(yīng)用前景。

“TaWOX5能夠極大促進小麥胚性愈傷組織發(fā)生和植株再生，利用TaWOX5，可讓易轉(zhuǎn)化品種‘Fielder’等的轉(zhuǎn)化效率高達75%—96%，難轉(zhuǎn)化品種濟麥22等的轉(zhuǎn)化效率達17%—82%，基本解決了小麥遺傳轉(zhuǎn)化中基因型依賴帶來的限制問題，為小麥基因編輯育種提供了強有力的技術(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。”林鴻宣表示。

種康認為，有理由預(yù)測，TaWOX5用于小麥等的基因功能鑒定和新材料創(chuàng)制，也具有廣泛前景。