基因编辑等生物技术可以定向的改良目标性状，而稳定高效的再生体系是转基因、基因编辑等生物技术的基础。相比于玉米、水稻等作物，转基因、基因编辑等生物技术在大豆育种中的应用明显滞后，原因在于大豆遗传转化效率低，而大豆遗传转化效率受限于基因型,导致大豆再生体系建立困难。在植物体内GROWTH-REGULATING FACTOR (GRF) 可与GRF-INTERACTING FACTOR (GIF) 辅助因子互作，并形成功能性转录复合体GRF-GIF。已有报道表明GRF-GIF嵌合体蛋白可显著提高小麦、西瓜等再生能力，但其在大豆再生中的研究报道较少。JIPB近日在线发表了东北农业大学陈庆山课题组题为“A highly efficient soybean transformation system using GRF3-GIF1 chimeric protein”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb13767)，介绍了利用GRF3-GIF1嵌合蛋白显著提高大豆再生及转化效率的研究结果。研究团队通过序列比对和扩增，从大豆基因组中获得了GmGRF和GmGIF再生相关家族基因，其中GmGRF3和GmGIF1基因在大豆器官发生过程中上调表达明显。过表达GRF3-GIF1嵌合体基因能够显著提高不同大豆品种的的再生效率和转化效率，这些品种包括再生能力极低，用传统方法难以转化的材料。GRF3-GIF1嵌合体的平均转化效率比对照组高2.74倍。继续突变GmGRF3基因的miR396b作用位点得到rGRF3-GIF1，rGRF3-GIF1嵌合体实现了更高水平的转化效率，比未使用嵌合基因时高出约4.67倍。鉴于GRF-GIF在大豆遗传转化中的显著效果，研究人员进一步将GRF3-GIF1和rGRF3-GIF1整合至CRIPSR/Cas9系统中，并成功在大豆中实现了高效的基因编辑。此外，研究人员发现过表达GRF3-GIF1可显著提高再生植株丛生芽SAM的大小，并可促进SAM相关基因的表达，表明GRF3-GIF1参与调节器官发生过程中SAM的发育，进而影响大豆再生及转化能力。综上所述，GRF-GIF遗传转化系统克服了大豆遗传转化率低和基因型依赖等技术难题，对于转化难度高、转化效率低的大豆品种有重要意义，有广泛的应用前景。![]()
东北农业大学副教授赵莹和博士研究生程鹏为该论文的第一作者，东北农业大学陈庆山教授、武小霞研究员、杨明亮副教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目 (U20A2027, U23A20192, 31971899, 32272093, 32272072)、国家重点研发计划项目 (2021YFF1001202, 2023YFD2300101-02) 和黑龙江省自然科学基金项目(TD2022C003, YQ2022C010) 的资助。
Zhao, Y., Cheng, P., Liu, Y., Liu, C., Hu, Z., Xin, D., Wu, X., Yang, M. and Chen, Q. (2024), A highly efficient soybean transformation system using GRF3-GIF1 chimeric protein. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13767
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