破解小麦遗传转化中基因型依赖难题 大幅提高转化效率

近日，中国农业科学院作物科学研究所作物转基因及基因编辑技术与应用创新团队鉴定了一个与小麦植株再生相关的基因TaWOX5，并利用TaWOX5基因克服了小麦遗传转化中的基因型依赖难题。此外，研究团队还依托该基因建立了栽培一粒小麦、黑麦和六倍体小黑麦的遗传转化体系。相关研究结果在线发表于《自然·植物》上。

中国科学院院士种康指出，该项研究通过鉴定和利用小麦中的再生相关基因TaWOX5，基本克服了小麦品种转化中的基因型障碍，显著提高了转化效率；与已报道的再生基因相比，TaWOX5不影响愈伤组织分化和再生植株根系发育，不需要从愈伤组织中排除。

中国科学院院士林鸿宣认为，利用TaWOX5基因还能显著提高大麦、小黑麦、黑麦、栽培一粒小麦和玉米等单子叶植物的遗传转化效率，具有广泛的应用前景。

基因型依赖制约小麦生物育种产业化

据中国农业科学院作物科学研究所研究员叶兴国介绍，遗传转化效率低和基因型依赖性是制约小麦基因编辑研究及应用的主要障碍。近年来，虽然基因编辑使小麦遗传转化效率显著提高，但其仅适用于少数模式小麦基因型，还有许多小麦品种不适合进行基因编辑。

“基因型依赖性是长期干扰作物遗传转化的问题，即便是烟草、拟南芥和水稻等模式植物的遗传转化，也存在强烈的基因型依赖性。随着基因编辑技术的广泛应用，克服基因型依赖性显得更加重要。”种康表示。

林鸿宣指出，小麦是六倍体作物，遗传转化一直远远落后于其他主要农作物。虽然日本烟草公司利用模式基因型建立了小麦高效遗传转化体系，但基因型限制问题依然是小麦功能基因组研究和基因编辑育种的障碍。

新基因能大幅提高小麦等的转化效率

叶兴国团队历经13年研究，对多个可能与小麦再生植株相关的基因进行了克隆和功能鉴定，最后发现TaWOX5具有显著提高小麦再生效率和遗传转化效率的作用。

研究发现，过表达TaWOX5不但显著提高了科农199等模式小麦基因型的转化效率，而且显著提高了济麦22、郑麦7698、苏麦3号和中国春等22个小麦推广品种，以及重要种质资源的转化效率，尤其成功转化了宁春4号、矮抗58、西农979等顽拗型明星小麦品种，转化效率提高了2—10倍。

进一步验证发现，TaWOX5在波兰小麦、栽培一粒小麦、黑麦、小黑麦、大麦和玉米等单子叶植物遗传转化中，均可使转化效率显著提高。另外，TaWOX5对小麦愈伤组织分化和再生植株根系生长没有副作用，其宽叶表型有利于快速从各种植株中鉴定出基因编辑植株。

该研究结果表明，TaWOX5大幅提高了小麦等的转化效率，克服了基因型依赖带来的限制，简化了鉴定工作，具有广阔应用前景。

“TaWOX5能够极大促进小麦胚性愈伤组织发生和植株再生，利用TaWOX5，可让易转化品种‘Fielder’等的转化效率高达75%—96%，难转化品种济麦22等的转化效率达17%—82%，基本解决了小麦遗传转化中基因型依赖带来的限制问题，为小麦基因编辑育种提供了强有力的技术支撑。利用该基因还能显著提高大麦、小黑麦、黑麦、栽培一粒小麦和玉米等单子叶植物的遗传转化效率，具有广泛的应用前景。”林鸿宣表示。

种康认为，有理由预测，TaWOX5用于小麦等的基因功能鉴定和新材料创制，也具有广泛前景。