近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)西甜瓜種質(zhì)資源與遺傳育種團隊袁黎教授課題組在《Journal of Integrative Plant Biology》（JIPB）期刊在線發(fā)表了題為《Highly efficient and genotype-independent genetic transformation and gene editing in watermelon （Citrullus lanatus） by utilizing a chimeric ClGRF4-GIF1 gene》的研究論文。

 

　　該研究首次利用西瓜內(nèi)源嵌合基因ClGRF4-GIF1將西瓜的遺傳轉(zhuǎn)化效率較以前提高了近9倍。突變ClGRF4內(nèi)部miR396的靶向位點，則將遺傳轉(zhuǎn)化效率更進一步提高到67.27%。ClGRF-GIF結(jié)合 CRISPR/Cas9系統(tǒng)，研究者們在西瓜中成功實現(xiàn)高效的基因編輯，并在二倍體水平上獲得無籽西瓜。博士生馮琴和碩士生肖玲為共同第一作者。袁黎教授為通訊作者。

 

　　植物遺傳轉(zhuǎn)化是基因功能研究的重要工具，同時也是種質(zhì)創(chuàng)新和農(nóng)藝性狀改良的必要技術(shù)手段。西瓜（Citrullus lanatus）是世界第五大消費水果，被譽為“夏季水果之王”，由于其甜美多汁的口感和豐富的營養(yǎng)成分而深受消費者青睞。然而，由于組織培養(yǎng)過程中極低的再生效率，西瓜的遺傳轉(zhuǎn)化效率低下一直以來都嚴重制約著其科學(xué)研究和分子育種的進展。近來，在小麥、大麻等物種上的研究表明，GRF4-GIF1嵌合基因可以極大地提高遺傳轉(zhuǎn)化效率，為其他物種中的遺傳轉(zhuǎn)化效率優(yōu)化提供了新思路。

 

　　該研究首先從不同實驗材料中篩選得到了高再生率的野生西瓜材料TC，并以此為材料獲得了陽性轉(zhuǎn)基因植株（轉(zhuǎn)化效率為6.5%）。當使用西瓜內(nèi)源ClGRF-GIF嵌合基因轉(zhuǎn)化TC時，轉(zhuǎn)化效率提高到了47.02%。繼續(xù)突變ClGRF4基因內(nèi)部的miR396的作用位點得到ClrGRF-GIF，該嵌合基因可將遺傳轉(zhuǎn)化效率進一步提高至67.27%。鑒于ClrGRF-GIF在西瓜遺傳轉(zhuǎn)化中的顯著效果，研究人員進一步在更多的西瓜材料，包括用傳統(tǒng)方法難以轉(zhuǎn)化的材料中測試該系統(tǒng)。令人震驚的是，所有供試材料都在ClrGRF-GIF的作用下實現(xiàn)了遺傳轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化效率平均為19.64%-61.84%。這些供試材料中包括西瓜參考基因組材料97103以及多個用于雜交育種的優(yōu)良自交系。

 

　　研究者繼續(xù)將ClGRF-GIF和基因編輯系統(tǒng)CRIPSR/Cas9整合到一起，成功在西瓜中實現(xiàn)了高效的基因編輯。通過對關(guān)鍵生殖基因的敲除，成功在二倍體水平上獲得了無籽西瓜。近期，北京大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院張華偉教授課題組也報道了擬南芥AtGRF和嵌合基因TaGRF4-OsGIF1都可以將西瓜遺傳轉(zhuǎn)化效率顯著提高到28%和13.78%。ClGRF-GIF遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)極大的克服了西瓜遺傳轉(zhuǎn)化率低和基因型依賴的技術(shù)難題，將為今后的西瓜基因功能研究和分子育種帶來巨大的革新。

 

　　該研究工作得到了西北農(nóng)林科技大學(xué)引進人才啟動經(jīng)費 （Z1090221008）和楊凌種業(yè)重點研發(fā)等項目的支持。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13199