利用形态发生辅助转化技术（MAT）显著提高高粱的遗传转化和基因编辑效率(转化基因高粱效率形态)

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2021年11月26日，Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了题为“Morphogene-assisted Transformation of Sorghum bicolor Allows More Efficient Genome Editing”的研究论文，该研究通过利用形态发生辅助转化(MAT)技术显著提高高粱转化效率并且缩短了转化周期，使得转化时间几乎是传统遗传转化方法所需时间的一半。
该方法是将一个兴趣基因从一个具有形态基因的农杆菌菌株中引入，从而产生具有兴趣基因但没有形态基因的植物。
该研究找到了一种对难以进行遗传转化作物的有效转化方法，并提高了转化效率缩短了转化时间，加速了对广泛生长、多用途作物的多种基因型的研究。

作者通过使用MAT技术，选择感兴趣的基因GOI (ZsG-1), 和形态学上的基因Zm-Bbm 和Wus2，对五种高粱品种RTx430, SC187, BTx642, BTx623和Ramada进行转化。
转化后3 - 10天的未成熟胚胎(IEs)荧光可以观察到ZsG-1的表达。
采用针对ALS的系统除草剂IMZ对EMM和生根培养基进行筛选。
RTx430组织在有IMZ的EMM培养基上正常生长，形成大量体细胞胚。
并且，IMZ选择下的大多数RTx430组织有一些健康组织，没有棕色或坏死。
在施用IMZ的生根培养基（RM）上，大部分未转化植株坏死死亡。
这说明该方法适用于高粱的遗传转化。
转移到RM后，用聚合酶链反应(PCR)对假定的转化子进行基因分型。
虽然所有基因型均能成功转化，但转化效率、即仅阳性的无形态基因ALS的T0植株数量，在不同基因型间存在差异。
RTx430的转化效率最高(9.4%)，其次是SC187(2.0%)和BTx642(0.9%)。
其中最难转化的品种之一，sweet sorghum Ramada，之前发布的转化效率为0.09%。
在本研究中，效率达到了1.2%，大约提高了10倍。
同样值得注意的是该方法极大地缩短了产生T0植株的时间。
RTx430的转化周期从18-21周减少到10-12周。

通过分析MAT转化结果发现扩增数多为单拷贝，分析结果与拷贝数分析结果一致。
这种方法产生了多种不同基因型的独立转化事件，对研究基因功能和补充突变至关重要。

由于引入形态基因导致的异常表型促进了一种新的转化策略的发展，这种策略是从一种被称为利他转化的玉米方法改良而来的。
在这种方法中，未成熟的胚胎（IEs）被两种农杆菌同时转化，一种农杆菌菌株含有具有Zm-Bbm、Wus2和ZsG-1标记基因的pGL190，另一种菌株为含有红色荧光蛋白(RFP) GOI和湿霉素磷酸转移酶(hph）选择基因的pANIC10A。
在EMM + hyg培养基中筛选hph表达的组织，利用亮场和荧光显微镜观察pGL190和pANIC10A中ZsG-1和RFP的表达。
大多数IEs在转化后3d同时表达ZsG-1和RFP。

采用两种不同的方法计算转化效率，一种反映转化植物的数量，一种反映独立转化事件（TII）事件的数量。
RTx430 T0株(379株中113株为RFP和hph阳性)转化效率为29.8%，SC187株(83株中10株)转化效率为12.0%。
基于独立转化事件（TII）, RTx430的效率为12.4% (47/379)，SC187的效率为10.8%(9/ 83)。
在转基因植株中，28.0%(51 / 182) 的RTx430和50.0%的SC187 (10 / 20)含有RFP、hph和Zm-Bbm基因表达。

不同基因型的形态基因切除比例不同，RTx430(75.7%)、Ramada(71.4%)和BTx642(66.7%)。
BTx623和SC187的发生率分别为25.0%和38.7%。
对于利他性的MAT, RTx430和SC187，分别有62.1%和50.0%的植株没有形态基因插入，表型正常。
并且利用MAT方法与CRISPR/Cas9编辑相结合，提高了基因组编辑效率。

传统的高粱转化方法在验证高粱功能方面存在基因型依赖和选择、再生和世代推进时间长的障碍。
本研究通过改良MAT技术，使得高粱转化效率更高，转化植株的时间缩短，为验证高粱中许多未表征的基因功能提供了直接的手段。

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