玉米是我國重要的糧食作物、飼料作物和經濟作物。隨著轉基因產業化全球推廣，基因組編輯等現代分子技術快速發展，玉米進入了生物育種的新時代。遺傳轉化是玉米生物育種研發中關鍵環節，嚴重依賴于受體基因型，目前絕大部分商業化玉米骨干自交系的遺傳轉化仍然十分困難，是玉米生物育種的卡脖子技術。

      近年來國外先后報道了植物干細胞發育關鍵基因 Baby boom (Bbm)和Wuschel2 (Wus2) 在提高植物轉化效率方面的應用，證實調節 Bbm 和 Wus2的時空表達可以有效提高玉米等重要農作物的遺傳轉化效率。

 

      近日，作物學報雜志在線發表了華中農業大學、未米生物科技有限公司和吉林省農業科學院合作開發的一種新型輔助轉化技術，該技術通過在輔助載體中加入綠色組織特異性表達致死元件，并調節 Bbm 和 Wus2 基因的時空表達模式，最終成功提高了多個商業化玉米品種親本自交系的遺傳轉化效率，可以實現不依賴玉米基因型的高效遺傳轉化。通過鄭 58、京 724 等材料的轉化測試表明玉米優良自交系的轉化效率可以達到 11.5%~16.4%。

 

 

 

 

      圖A 玉米材料鄭58的分化情況；圖B 玉米材料IL3 T0植株異常表型；

 

      圖C 混合轉化后優質轉化苗分離情況；圖D 優質轉化苗基因編輯情況

 

      研究人員首先測試引入 Bbm-Wus2 表達盒輔助轉化對玉米骨干自交系轉化效率的影響。研究發現：

 

      1）常規載體無法轉化的 5 個玉米骨干自交系利用輔助載體均獲得陽性轉化植株，轉化效率存在差異，平均可達 14.0%；

 

      2）部分玉米自交系轉化 Bbm-Wus2 表達盒中產生不利農藝性狀，80% 的 T0 苗雄穗部位產生花絲而沒有花粉；

 

      3）把目標基因載體和 Bbm-Wus2 表達盒載體混合混轉，發現可以在 T0 代獲得不含有 Bbm-Wus2 表達盒，而目標基因陽性的植株，但優質轉化苗分離率（陽性苗中不含有 Bbm-Wus2 表達盒的比例）比較低（均值為22.2%），難以滿足產業化高通量的需求。

 

      為進一步解決這一問題，本研究在 Bbm 和 Wus2 的超表達輔助載體中加入綠色組織特異性表達啟動子驅動解淀粉芽孢桿菌 Barnase 基因表達的致死表達盒，并采用與基因編輯載體混合轉化技術策略進行測試。研究發現含有 Bbm-Wus2 表達盒的愈傷組織大部分不能分化成苗，科研人員在 T0 代即可快速分離獲得大量不含 Bbm-Wus2 元件，可以正常生長發育的的優質轉化苗，分離率達到 77.7-100%，平均 89.2%，優質轉化苗的轉化效率平均達 19.5%。

 

      本研究成功建立和完善了一套不依賴基因型的高效玉米遺傳轉化體系，為提高生物育種效率和精準改良提供了有力支持。該玉米遺傳轉化體系可以解決玉米受體基因型依賴的問題。本文第一作者，華中農大在職博士生，未米生物科技（江蘇）有限公司的技術負責人許潔婷表示該公司已經建立了高通量的玉米轉化平臺，可以實現每年 5 萬個玉米事件的轉化，并通過不依賴于基因型的玉米遺傳轉化技術，對大部分玉米骨干自交系實現遺傳轉化或基因編輯，可以滿足未來玉米生物育種的需要。