Nature Biotech | 只需融合這兩個蛋白，即可大幅提高植物的再生效率

水稻小麥是單子葉植物嗎

在組織培養過程中，再生效率的高低直接影響目的基因轉化的成功率。已有的研究表明，

過表達植物發育調節因子可以促進體細胞胚的產生或芽的再生，從而提高組培植物的再生效率，這些調節因子包括

LEAFY COTYLEDON1

【1】

，LEAFY COTYLEDON2

【2】

，WUSCHEL

（

WUS

）

和

BABY BOOM

（

BBM

）

【3】

。此外，利用不同的發育調節因子組合，在雙子葉植物中可誘導不透過組織培養的新生分生組織。目前，組織培養仍是植物遺傳操作所需的重要手段，探索新的方法以提高再生效率，並提高轉化效率至關重要。

GROWTH-REGULATING FACTOR

（

GRF

）

是一個在裸子植物、被子植物和苔蘚中都高度保守的轉錄因子

【4】

。GRF蛋白具有兩個高度保守的結構域QLQ和WRC，分別介導蛋白質間的相互作用和GRF與DNA的相互作用

【5】

。在植物體內GRF可與

GRF-INTERACTING FACTOR

（

GIF

）

輔助因子互作。

研究發現，

同時表達

GRF

和

GIF

輔助因子

比單獨表達

GRF

或是

GIF

轉基因植株的葉片更大，這說明

GRF和GIF可形成複合體發揮作用

。

近日，加州大學戴維斯分校的

Jorge Dubcovsky

課題組在

Nature Biotechnology

發表題為

AGRF–GIF chimeric protein improves the regeneration efficiency of transgenic plants

的研究論文。該研究發現，GRF-GIF融合蛋白可大幅提高小麥、水稻以及柑橘等單子葉和雙子葉植物的再生效率。

該研究在小麥中找到了水稻

GRF4

的同源基因，並在三個小麥

GIF

中選擇了與擬南芥和水稻

GIF1

親緣關係最近的一個，然後將二者組合形成一個GRF4-GIF1嵌合體，

轉化

四倍體小麥。結果發現，

GRF

4-GIF1嵌合體

可以

提高

小麥轉化效率，並加速再生程序，使小麥的轉化從91天縮短到56天。

該研究進一步對

四倍體硬粒小麥和黑小麥中進行轉化實驗，同樣發現GRF4-GIF1嵌合體可以提高它們的轉化效率。

此外，

在不新增外源細胞分

裂素的情況下，GRF4-GIF1嵌合體能促進小麥胚胎發生和芽部增殖。

最後將GRF4-GIF1嵌合體轉化水稻和柑橘，發現該嵌合體在單子葉植物和雙子葉植物中均可以發揮功能。

該研究發現，

GRF4-GIF1

還可以提高CRISPR/Cas9在小麥中的基因編輯效率，並在T1中可分離

GRF4–GIF1/CRISPR–Cas9–gRNA。

The GRF4-GIF1 chimera induces embryogenesis in the absence of cytokinins

綜上所述，GRF4-GIF1嵌合體的表達顯著提高了小麥轉化的效率和速度，以及產生大量可育植株的能力。嵌合體的表達也降低了對細胞分裂素的要求，從而消除了對抗生素抗性標記的需求。該技術不需要專門的啟動子和基因編輯，就可以培育出可育的轉基因植株，克服了轉化技術的侷限性。

該技術可以提高各種植物的轉化效率，並且在單子葉和雙子葉植物中都可以使用，對於轉化難度高、轉化效率低的植物有重要意義，有廣泛的應用前景。

參考文獻

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