提高水稻和玉米的遗传转化效率研究获进展

华南农业大学生命科学学院刘耀光院士团队的研究揭示了在水稻和玉米的愈伤组织中过表达玉米GOLDEN2基因可促进愈伤的分化，从而提高遗传转化效率。相关论文近日在线发表于SCIENCE CHINA Life Sciences。硕士研究生罗婉妮和博士后谭健韬为该论文共同第一作者，郭晶心研究员和祝钦泷研究员为共同通讯作者。刘耀光院士参与相关研究。

在遗传转化的过程中，愈伤组织或外植体组织再生效率的高低直接影响目的基因转化的成功率。籼稻、玉米一直存在遗传转化难的问题。近年来报道了通过在愈伤组织或外植体过表达一些植物发育调节因子或复合体如WUS/BBM，GRF/GIF，WOX5等可以促进植物体细胞胚的产生或芽的再生，从而提高基因转化效率。GOLDEN2（G2）是GARP转录因子超家族中的一员，调控叶绿体的发育，参与生物胁迫、植物衰老、植物激素信号传导等生物学过程。

在该工作中，研究人员对玉米G2基因进行水稻密码子优化合成了rZmG2基因，并从水稻中分离鉴定到愈伤特异强启动子CSPpro（callus-specific promoter），构建了CSPpro驱动rZmG2基因且具有热激诱导自删除的双元载体pYLTAC380H-CSPprorZmG2。将此载体转化粳稻（DongJing和中嘉8号）、籼稻（华占和华光）以及玉米（B104）。在愈伤分化阶段，转化rZmG2基因的水稻和玉米愈伤组织会提前转绿且绿点变多，分化效率提高11.6-48.7%，转化效率提高8.3-23%。通过对转基因水稻愈伤组织的RNA-seq和RT-qPCR分析发现，rZmG2主要通过促进叶绿体发育相关基因的表达来提高水稻的分化效率。

研究人员还利用团队前期开发的基于Cre/loxP的筛选标记剔除系统，对转化体幼苗进行热激处理，成功实现rZmG2基因及其筛选标记基因表达盒的自删除，获得不带转基因筛选标记植株，可以避免其对植株后续生长发育可能造成的影响。

该研究提供了一种高效的植物遗传转化新工具。研究得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用研究重大专项、岭南现代农业项目实验室等资助。