東北農業(yè)大學與中國農科院作科所開發(fā)基于裸眼色素報告系統(tǒng)（RUBY）的一步式免組培大豆植株快速遺傳轉化方法

近日，東北農業(yè)大學大豆基因組學與分子設計團隊與中國農業(yè)科學院作物科學研究所/國家南繁研究院作物精準育種技術創(chuàng)新團隊聯(lián)合在Plant Physiology上發(fā)表了題為ROTIS：A RUBY-assisted One-shot Tissue-culture-free System for In-planta Soybean-transformation from Germinated Seedlings的論文，利用此前開發(fā)的裸眼色素報告系統(tǒng)（RUBY）開發(fā)了一步式免組培大豆植株快速遺傳轉化方法（ROTIS），解決了大豆遺傳轉化困難、周期長及基因型依賴的問題，為系統(tǒng)性地研究大豆基因功能及大豆育種提供了重要方法。相關研究成果發(fā)表在。

圖1. ROTIS能快速實現(xiàn)大豆穩(wěn)定轉化

大豆遺傳轉化是作物改良、功能基因組學和分子育種的關鍵工具。然而，傳統(tǒng)方法受限于基因型依賴性、技術復雜性和嚴格的無菌要求。

為了克服這些限制，研究團隊基于RUBY報告基因，利用萌發(fā)大豆作為外植體，在非組培條件下實現(xiàn)農桿菌介導的大豆轉化，通過RUBY紅色報告基因實現(xiàn)轉基因篩選鑒定可視化，顯著提升了轉化效率和可擴展性。ROTIS系統(tǒng)在21個遺傳多樣性大豆品種中進行了測試，包括易轉化品種東農50和主栽大豆品種如黑農48、黑農531等。實驗結果顯示，農桿菌感染后5-8天，即觀察到28.6%至64.3%的外植體出現(xiàn)RUBY紅色，經篩選和誘導不定芽再生后，獲得了不同基因型大豆的RUBY轉基因陽性株系，整個流程僅需40-80天左右即可獲得轉基因植株，且在同一個外植體上有機會產生多個獨立轉化事件（圖1）。表明ROTIS系統(tǒng)具有廣泛的基因型獨立性，適用于多種大豆品種。隨后后代遺傳分析， RUBY轉基因后代株系表現(xiàn)出穩(wěn)定的孟德爾遺傳（3:1分離比）（圖2）。株系培養(yǎng)至T4代，未觀察到基因沉默現(xiàn)象。ROTIS系統(tǒng)通過RUBY紅色可視化實現(xiàn)了大豆遺傳轉化的簡化和高效化。該方法快速、無需組培、多品種適用性，降低了技術門檻和成本，為大豆基因功能研究與遺傳改良提供了重要支撐。

圖2. ROTIS轉化的大豆材料能穩(wěn)定遺傳

東北農大李永光教授與博士研究生陸珂為論文共同第一作者，中國農科院作科所/南繁院和玉兵副教授與東北農大韓英鵬教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、農業(yè)科技重大專項、國家重點研發(fā)計劃、黑龍江省項目、國家大豆生物育種項目、中國農業(yè)科學院南繁專項等項目的資助。

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http://doi.org/10.1093/plphys/kiaf609