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Nature Protocol | 植物基因编辑新方法，无需组织培养即可获得稳定遗传材料

花匠小妙招
2024-11-20 14:18

传统的植物基因工程通常使用根癌农杆菌或基因枪将所需转化的基因递送到细胞中。随后，通过组培手段获得再生的转基因植株。在过去的30年里，这种转化过程提高了农业生产力，并推动了新的生物机制的发现。基因编辑技术的出现，可是实现靶标基因的敲除，敲低，单碱基突变和替换，进一步加快了这一过程。然而，为了实现植物的基因编辑，研究人员通常仍需要使用传统的植物转化方法将外源DNA转入植物细胞；而对于许多作物，这基于组织培养的再生过程可能需要6-12个月的时间，而且由于基因型的限制，对于没有建立完整的再生体系的植物也限制了基因编辑的使用。在过去的几年间，通过异位表达BBM、Wus2和Wox5等发育调节因子（Developmental Regulators, DR）在一定程度上促进或实现了部分不能转化作物的体细胞胚胎再生过程，然后仍然存在的一定的缺陷和限制因素，特别是BBM和Wus2基因的转基因后代育性等显著下降。因此，面对创造可持续粮食供应和使作物适应动态环境条件的未来挑战，有必要进行创新，通过转基因和基因编辑加快具优良性状的转基因植物的培育。

明尼苏达大学基因组工程中心的Daniel F. Voytas教授在国际著名期刊Nature Protocols在线发表了题为“Direct delivery and fast-treated Agrobacterium co-culture (Fast-TrACC) plant transformation methods for Nicotiana benthamiana”论文。描述了两种基于农杆菌对无菌种植或土壤中种植的本氏烟草进行基因修饰的方法。

基于现有的对体细胞胚胎发生的研究进展，作者建立了两种在双子叶植物中通过递送Wus2和BBM或其他参与细胞分裂素合成的DR进行分生组织的诱导进而实现遗传转化的方法。一种是基于农杆菌的称为Fast-TrACC (fast-treated Agrobacterium co-culture)的方法，将DR递送到无菌条件下生长的幼苗中，之后经历分生组织产生芽，并最终形成完整的再生植株；另一种称为直接递送（Direct Delivery, DD）的方法，将DR递送到已经去除分生组织的在土壤中种植的植物中，而DR可以促进伤口处细胞的分化和新芽的形成，进而实现基因的转化。无论是哪种方法都可以通过将DR和携带特定的如基因编辑的载入进行共同的递送，进而在诱导的新的分生组织中实现植物的转基因过程，且这种对靶标基因的修饰可以进行后代的遗传。

这两种方法为产生新的植物种质提供了替代方法，与标准方法相比，这种方法成本更低，技术难度更小，所需时间更少。对于DD和Fast TrACC，从转移DNA（T-DNA）到获得基因编辑过的植物的整个过程可以在~70天内完成。

对于这两种方法如何进行操作和扩展到其他作物中，Nature Protocols 的全文（https://www.nature.com/articles/s41596-022-00749-9）给了详细的操作步骤，包括：T-DNA载体的构建，以及所需的设备和试剂的配方和依次的操作步骤，这里就不在赘述。

图1：DD和Fast TrACC两种快速的转基因递送过程描述。

图2：DD转化过程

图3：DD转化的所需时间表

图4：Fast-TrACC转化过程

图5：Fast-TrACC转化的所需时间表

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41596-022-00749-9

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