中国科学院华南植物园农业生物技术研究中心在线发表了《A simple and efficient in planta transformation method based on the active regeneration capacity of plants》一文。在该文献里,采用了LUYOR - 3415RG便携式双波长荧光蛋白激发光源来用于绿色荧光蛋白(GFP)的表达。
植物遗传转化技术是植物基因工程以及现代农业分子育种的工具。不过,现行的植物遗传转化方案不仅复杂,而且效率低下,这限制了大多数资源植物或者农作物的遗传改造,已然成为植物资源开发与利用的技术壁垒。所以,研发高效且适用性强的植物遗传转化技术已经成为植物或者农业科研领域的重要研究趋向。
研究人员历经多年的探索与研究,成功构建了一种基于植物主动再生能力的新型植物遗传转化技术(Regenerative Activity - dependent in Planta Injection Delivery,RAPID)。
RAPID方法主要基于植物的主动再生能力这一特性。首先,在植物材料的选择上,倾向于那些具有强再生能力的植物种类,例如甘薯。研究人员对甘薯进行多种递送方式的细致测试,发现甘薯茎段注射递送是一种极为有效的方式。这种方式能够使目的基因快速进入植物体内,并且迅速定位到合适的细胞组织,进而快速获取阳性器官和转化个体。
在转化过程中,研究人员还对多个关键因素进行优化。在农杆菌菌种方面,精心挑选适宜的菌种,确保其具有高效的基因传递能力;对于侵染浓度,通过大量的实验确定最佳浓度范围,使得农杆菌既能有效地将目的基因导入植物细胞,又不会对植物细胞造成过度的毒害作用;在化学活性剂的使用上,也进行了优化筛选,合适的化学活性剂有助于提高细胞膜的通透性,增强目的基因的导入效率。
同时,该方法成功实现了多种报告基因和遗传编辑工具的应用。这不仅体现了RAPID方法的通用性,也为后续更深入的研究提供了更多的可能性。
随后,借助遗传学和细胞学分析方法确定了植物分生组织的高效转染以及新生转化器官个体的快速再生。从遗传学角度来看,通过对转化后植物的基因检测和分析,发现目的基因能够稳定地整合到植物的基因组中,并且能够按照预期的方式进行表达。在细胞学层面,观察到转化后的植物细胞在分生组织区域呈现出特殊的生理变化,这些变化与细胞的再生和分化密切相关,这也正是能够迅速且高效地获得稳定转基因植株的根本所在。
当前,RAPID方法已经成功应用于甘薯、马铃薯、厚藤等无性繁殖的经济作物或者资源植物。
相较于传统遗传转化方法,RAPID方法具有明显的优势。其转化效率更高,可提高20至100倍;操作流程更加简便,能缩短2至3倍的时间;并且不需要昂贵且复杂的组织培养过程。RAPID方法克服了传统方法在快速遗传转化方面的局限,突破了各类资源植物开发和利用的瓶颈。
一、RAPID方法在植物遗传转化领域的研究前景
1.广泛的植物物种适用性
基于植物主动再生能力和无性繁殖的特性,RAPID方法有着广阔的应用潜力。许多植物都具有不同程度的再生能力,这意味着该方法有希望扩展到更多的植物物种。除了已经应用的无性繁殖作物外,对于一些具有特殊再生机制的野生植物资源,也可能通过适当调整技术参数来应用RAPID方法。例如,一些多年生草本植物或者木本植物的营养器官再生能力如果能够被深入挖掘,将为这些植物的遗传转化提供新的途径。
2.性状改良与种质创新
在特色资源植物和经济作物方面,RAPID方法为实现性状改良与种质创新提供了有力的工具。通过高效地将特定的基因导入植物基因组,可以对植物的产量、品质(如营养成分、口感等)、抗逆性(如抗病虫害、耐旱、耐寒等)等重要农艺性状进行精准调控。例如,在一些重要的粮食作物中导入抗虫基因,可以提高作物的产量稳定性;在水果类作物中导入与果实品质相关的基因,可以改善果实的色泽、甜度等品质特性。
3.推动基础研究和应用研究发展
在基础研究方面,RAPID方法有助于深入探究植物的生长发育、基因表达调控以及细胞再生等生物学过程。研究人员可以更方便地构建各种转基因植物模型,研究基因功能及其相互关系。在应用研究领域,该方法能够加速新品种的培育进程。对于农业育种来说,可以更快地将具有优良性状的基因组合到目标作物中,缩短育种周期,提高育种效率,从而更快地满足市场和产业发展的需求。
4.促进植物资源的开发利用
许多植物资源由于其遗传转化的困难而未能得到充分的开发利用。RAPID方法的出现打破了这种限制,使得更多的植物资源可以被纳入到现代生物技术的应用范畴。这不仅有助于挖掘植物资源的潜在价值,如药用植物的活性成分开发、工业原料植物的培育等,还能够保护生物多样性,通过合理的开发利用促进植物的可持续发展和生态保护。
文献摘要:
Fluorescence of the mScarlet reporter in live transgenic tissues was observed under a fluorescence stereo microscope (M205 FA, Leica, Germany) with a red fluorescence filter (Exc 540–580 nm, Em 593–667 nm). The spontaneous fluorescence spectra of sweet potato were observed under a confocal microscope (SP8 STED 3X, Leica, Germany). One-week-old adventitious roots were freshly selected for testing of root samples, and the third mature leaf of nascent shoots was selected for testing of leaf samples. Transgenic sweet potato materials containing the GFP reporter were observed using a dual-wavelength fluorescent protein excitation light source (Exc 440 nm, Em 500 nm, 3415RG, LUYOR, China). The regions near the phloem at the base of the stems were peeled to reduce epidermal autofluorescence, and the whole plant was irradiated with a light source under dark conditions. Green fluorescence was detected in the inner regions of the stems of positively transformed plants.
大致翻译:在荧光立体显微镜下(Exc540-580nm,M205FA,徕卡)和红色荧光滤光镜(Em593-667nm)下观察mScarlet报告基因在活转基因组织中的荧光。在共聚焦显微镜(SP8 STED 3X,徕卡)下观察了甘薯的自发荧光光谱。新鲜选择1周龄的不定根进行根样品检测,选择初芽第三成熟叶进行叶片样品检测。利用双波长荧光蛋白激发光源(Exc 440 nm,Em 500 nm,3415RG,LUYOR,China)观察了含有GFP报告基因的转基因甘薯材料。将茎基部韧皮部附近的区域去皮,以减少表皮的自身荧光,并在黑暗条件下用光源照射整个植株。在阳性转化植株的茎的内部区域检测到绿色荧光
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