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科研進展│MIR396-GRF/GIF分子模塊提高鐵皮石斛再生效率

時間:2024-06-12 14:26:06作者:蘭谷君點擊量:9958
近日,蘭科中心科研人員及其合作者在BMC Genomics期刊在線發(fā)表了研究論文,報道了MIR396-GRF/GIF分子調(diào)控模塊增強鐵皮石斛植株再生和遺傳轉(zhuǎn)化的研究。

鐵皮石斛(Dendrobium catenatum)是一種珍貴的傳統(tǒng)中草藥,屬于蘭科石斛屬的多年生草本植物。它因其表皮常呈現(xiàn)鐵綠色而得名。它在中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中有著悠久的應(yīng)用歷史,被譽為“九大仙草”之首,主要分布在安徽、浙江、福建、廣西、四川和云南等地。

多年以來,包括鐵皮石斛在內(nèi)的蘭科植物在分子育種上面臨諸多挑戰(zhàn),如以農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化效率不高、操作繁瑣等問題。蘭花不僅種類繁多,而且每種基因型對遺傳轉(zhuǎn)化的響應(yīng)各不相同,使得基因的轉(zhuǎn)化工作既耗時又低效。更棘手的是,蘭花有漫長的幼年期,阻礙了基因功能的研究。此外,作為單子葉植物,蘭花相比雙子葉植物而言,更難以通過農(nóng)桿菌進行轉(zhuǎn)化,因為后者是農(nóng)桿菌的天然宿主。因此,尋找有效的蘭科植物的轉(zhuǎn)化與再生體系迫在眉睫。

    近日,深圳市蘭科植物保護研究中心(蘭科中心)科研人員及其合作者在BMC Genomics期刊在線發(fā)表了題為“MIR396-GRF/GIF enhances in planta shoot regeneration of Dendrobium catenatum”的研究論文,報道了MIR396-GRF/GIF分子調(diào)控模塊增強鐵皮石斛植株再生和遺傳轉(zhuǎn)化的研究。

 

 

    生長發(fā)育調(diào)節(jié)因子GRFs是植物特有的一類轉(zhuǎn)錄因子,在轉(zhuǎn)錄后水平受到miR396靶向調(diào)控,能夠與其互作蛋白GIFs形成功能復(fù)合體。miR396-GRF/GIF分子模塊被報道參與水稻、玉米、擬南芥、小麥等植物的分生組織分化、植株再生、遺傳轉(zhuǎn)化和植物生長發(fā)育等過程,但在蘭花中的功能研究報道較少。

    為了提高鐵皮石斛遺傳轉(zhuǎn)化效率,研究人員借鑒了在小麥、水稻、柑橘、西瓜等作物中利用小麥(Triticum aestivum)生長發(fā)育調(diào)節(jié)因子TaGRF4及其互作蛋白TaGIF1構(gòu)成的人工嵌合蛋白(TaGRF4-GIF1)有效提高植株再生和基因編輯效率的方法,文章首先在鐵皮石斛全基因組范圍內(nèi)鑒定獲得與TaGRF4和TaGIF1蛋白序列高度相似的DcGRF4和DcGIF1。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),DcGRF4的序列上含有miR396的結(jié)合位點,暗示DcGRF4可能在轉(zhuǎn)錄后水平受到miR396的靶向負調(diào)控。

    基于此,科研人員進一步克隆了相關(guān)基因并構(gòu)建了含有TaGRF4-GIF1DcGRF4-GIF1,突變形式的mTaGRF4-GIF1mDcGRF4-GIF1,以及miR396的靶標(biāo)模擬物MIM396的植物雙元表達載體(AB)。此外,研究人員還嘗試了一種鐵皮石斛在體轉(zhuǎn)化技術(shù),將攜帶有上述載體的農(nóng)桿菌注射到鐵皮石斛莖段傷口處,直接誘導(dǎo)芽體再生。經(jīng)過觀察統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)GRF4-GIF1MIM396等轉(zhuǎn)化植株比空載體對照的芽體再生效率顯著提高,且再生芽體中轉(zhuǎn)基因陽性率也大幅提升(CD)。有趣的是,MIM396再生植株的株型及葉片比對照更大(E),與miR396-GRF/GIF分子模塊對生長發(fā)育的調(diào)控作用相符。此外,文章發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)瓶中豐富的營養(yǎng)及潮濕的環(huán)境有利于GRF4-GIF1發(fā)揮芽體再生調(diào)控作用(FGH)。

    總之,該研究在鐵皮石斛中發(fā)掘并應(yīng)用了一類生長調(diào)節(jié)因子GRFs,充分發(fā)揮了其在植株再生、轉(zhuǎn)化和生長中的調(diào)控作用,對加快鐵皮石斛以及蘭科植物的分子育種工作具有促進作用。

 

    深圳市蘭科植物保護研究中心王志才副研究員、王美娜副教授、上海師范大學(xué)明鳳教授為本論文通訊作者,蘭科中心和上海師范大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生楊振宇和蘭科中心助理工程師趙美麗為本論文共同第一作者。蘭科中心與新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)已畢業(yè)碩士研究生張曉捷、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)谷麗麗副教授,蘭科中心李健博士也參與了此項工作。本研究得到了深圳市科技計劃面上項目和深圳市可持續(xù)發(fā)展項目的支持。

 

    論文鏈接:https://doi.org/10.1186/s12864-024-10360-9

 

    文圖丨楊振宇

    審核丨陳建兵 王美娜

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