Nat Protoc | 直接递送和农杆菌快速处理的植物转化方法

学术   2024-10-10 17:16   浙江  

202210月,明尼苏达大学Daniel F. Voytas团队Nature Protocols上在线发表了一篇题为“Direct delivery and fast-treated Agrobacterium co-culture (Fast-TrACC) plant transformation methods for Nicotiana benthamiana的研究论文,该研究提供了两种诱导烟草分生组织的方法,与标准方法相比,这些方法更便宜、技术难度更小、所需时间更少,这两种方法为生成新型植物种质提供了替代方法。



   









在植物中,传统的基因工程方法常使用根癌农杆菌或基因枪将转基因传递至细胞,随后使用组织培养技术选择所得转基因细胞并再生为完整植物。在过去的30年里,这一转化过程通过扩大可用性状促进了植物改良,从而提高了农业生产力,并推动了新生物机制的发现。然而,为了实现基因编辑,研究人员仍需要使用传统的植物转化方法将外源DNA转入植物细胞,但对于许多植物来说,这些方法需要6-12个月的时间。先前的工作表明,控制特定发育途径的调控基因的异位表达可以通过组织培养加速转基因和基因编辑植物的生产例如,玉米Wuschel2(WUS2)Baby Boom(BBM)(参与分生组织发育调控的转录因子)可促进体细胞胚胎的产生,并提高以前不可转化的近交玉米系的转化效率。目前大多数植物基因组修饰方法是在组织培养中从转基因细胞再生植物,这在技术上具有挑战性、昂贵且耗时,并且适用于有限的植物物种或基因型。人们越来越需要修改植物基因组来创造新的植物种质,从而推进基础和应用植物研究。












在此,作者描述了两种基于农杆菌的方法,用于对无菌生长或土壤生长的本塞姆氏烟草植物进行遗传修饰。使用发育调节因子(DR),即影响细胞分裂和分化的基因产物,来诱导新生分生组织。一种方法是快速处理农杆菌共培养(Fast-TrACC)法,可将DR输送至无菌生长的幼苗,诱导产生芽并最终产生整个植物的分生组织。另一种方法是直接递送(DD)法,将DR递送至现有分生组织已被移除的土壤生长植物,接着DR促进伤口部位新芽的形成。这两种方法为生成新型植物种质提供了替代方法,与标准方法相比,这些方法更便宜、技术难度更小、所需时间更少。对于DDFast-TrACC法,从转移DNA(T-DNA)到编辑植物恢复的整个过程都可以在约70天内完成。

1.程序概述。(aT-DNA 载体的 Golden Gate 组装。(b)直接递送(DD)法。(c)快速处理农杆菌共培养(Fast-TrACC)法。
1、直接递送(DD)
直接递送(DD)在非无菌条件下对整个植物进行,绕过了大多数传统植物转化方案所需的无菌培养步骤,DD法的这一方面使其适用于对培养生长反应较弱的植物物种。DD法无需特殊设备和试剂即可进行,例如层流罩和组织培养基。对于预算有限的实验室来说,DD法是一种廉价的转基因植物生产方法。

具体实验步骤:烟草种植在土壤中,当腋芽发育时,使用手术刀去除所有现有的分生组织(芽顶和腋生分生组织),修剪后,使用注射器将农杆菌培养物递送至叶腋和所有伤口部位。20天后出现基因编辑的芽。

2.DD法实验步骤。

3.DD法的时间表。

2快速处理农杆菌共培养(Fast-TrACC)

Fast-TrACC法是一种可扩展的方法,可以快速实施且植物生长空间需求小,这使快速测试变量以优化不同植物物种中的基因传递和分生组织诱导成为可能。这些变量包括但不限于用于DR递送的农杆菌菌株类型、建立再生能力的DR组合、增强功能的R编码序列的修饰以及使用不同的启动子来调节DR表达。虽然通过Fast-TrACC得到编辑的再生植物需要大约70天,但在载体组装并转化到农杆菌中后,对分生组织诱导的不同变量的评估仅需要大约20天。

具体实验步骤:烟草幼苗在无菌六孔板中发芽后,一旦子叶出现,就除去液体培养基并用农杆菌替换,共培养2天后,用水冲洗幼苗,并将单个幼苗转移至12孔板的孔中。大约20天后,幼苗上开始形成绿色愈伤组织(白色箭头)。这些生长可以留在幼苗上或移除并转移到固体1/2 MS培养基上刺激芽的发育,后转移至生根培养基促进根形成,最后将生根的植株移到土中进一步生长。

4.Fast-TrACC法实验步骤。

5.Fast-TrACC法的时间表。














在植物转化和基因编辑的背景下,作者使用发育调节因子(DR),即影响细胞分裂和分化的基因产物,来诱导新生分生组织。DDFast-TrACC方法为传统方法提供了新颖的替代方案,在文章中作者详细描述了如何在烟草中实施这些方法,这是第一个优化这些方法的双子叶植物。两种方法为生成新型植物种质提供了替代方法,与标准方法相比,这些方法更便宜、技术难度更小、所需时间更少,从转移DNA(T-DNA)到编辑植物恢复的整个过程都可以在约70天内完成。假设,如果能够尝试将DR的递送方法和表达进行优化,这些方案可应用于其他植物。




    









期刊:Nature Protocols

投稿日期:2021.09.17

接收日期:2022.06.29

发表日期:2022.10.17

评述/编辑:吴凤霞
校对:袁雪宁

原文链接(点击“阅读原文”)





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