在组织培养过程中，再生效率的高低直接影响目的基因转化的成功率。已有的研究表明，过表达植物发育调节因子可以促进体细胞胚的产生或芽的再生，从而提高组培植物的再生效率，这些调节因子包括LEAFY COTYLEDON1【1】，LEAFY COTYLEDON2【2】，WUSCHEL (WUS)和BABY BOOM (BBM)【3】。此外，利用不同的发育调节因子组合，在双子叶植物中可诱导不通过组织培养的新生分生组织。目前，组织培养仍是植物遗传操作所需的重要手段，探索新的方法以提高再生效率，并提高转化效率至关重要。GROWTH-REGULATING FACTOR（GRF）是一个在裸子植物、被子植物和苔藓中都高度保守的转录因子【4】。GRF蛋白具有两个高度保守的结构域QLQ和WRC，分别介导蛋白质间的相互作用和GRF与DNA的相互作用【5】。在植物体内GRF可与GRF-INTERACTING FACTOR（GIF）辅助因子互作。研究发现，同时表达GRF和GIF辅助因子比单独表达GRF或是GIF转基因植株的叶片更大，这说明GRF和GIF可形成复合体发挥作用。近日，加州大学戴维斯分校的Jorge Dubcovsky课题组在Nature Biotechnology发表题为A GRF–GIF chimeric protein improves the regeneration efficiency of transgenic plants 的研究论文。该研究发现，GRF-GIF融合蛋白可大幅提高小麦、水稻以及柑橘等单子叶和双子叶植物的再生效率。该研究在小麦中找到了水稻GRF4 的同源基因，并在三个小麦GIF中选择了与拟南芥和水稻GIF1亲缘关系最近的一个，然后将二者组合形成一个GRF4-GIF1嵌合体，转化四倍体小麦。结果发现，GRF4-GIF1嵌合体可以提高小麦转化效率，并加速再生进程，使小麦的转化从91天缩短到56天。该研究进一步对四倍体硬粒小麦和黑小麦中进行转化实验，同样发现GRF4-GIF1嵌合体可以提高它们的转化效率。此外，在不添加外源细胞分裂素的情况下，GRF4-GIF1嵌合体能促进小麦胚胎发生和芽部增殖。最后将GRF4-GIF1嵌合体转化水稻和柑橘，发现该嵌合体在单子叶植物和双子叶植物中均可以发挥功能。该研究发现，GRF4-GIF1还可以提高CRISPR/Cas9在小麦中的基因编辑效率，并在T1中可分离GRF4–GIF1/CRISPR–Cas9–gRNA。
The GRF4-GIF1 chimera induces embryogenesis in the absence of cytokinins
综上所述，GRF4-GIF1嵌合体的表达显著提高了小麦转化的效率和速度，以及产生大量可育植株的能力。嵌合体的表达也降低了对细胞分裂素的要求，从而消除了对抗生素抗性标记的需求。该技术不需要专门的启动子和基因编辑，就可以培育出可育的转基因植株，克服了转化技术的局限性。该技术可以提高各种植物的转化效率，并且在单子叶和双子叶植物中都可以使用，对于转化难度高、转化效率低的植物有重要意义，有广泛的应用前景。
参考文献
1. Lotan, T. et al. Arabidopsis LEAFY COTYLEDON1 is sufficient to induce embryo development in vegetative cells. Cell 93, 1195–1205 (1998).
2. Stone, S. L. et al. LEAFY COTYLEDON2 encodes a B3 domain transcription factor that induces embryo development. Proc. Natl Acad. Sci. USA 98, 11806–11811 (2001).
3. Lowe, K. et al. Morphogenic regulators Baby boom and Wuschel improve monocot transformation. Plant Cell 28, 1998–2015 (2016).
4. Omidbakhshfard, M. A., Proost, S., Fujikura, U. & Mueller-Roeber, B. Growth-regulating factors (GRFs): a small transcription factor family with important functions in plant biology. Mol. Plant 8, 998–1010 (2015).
5. Kim, J. H. & Kende, H. A transcriptional coactivator, AtGIF1, is involved in regulating leaf growth and morphology in Arabidopsis. Proc. Natl Acad. Sci. USA 101, 13374–13379 (2004).
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41587-020-0703-0
小麦族多组学网站：http://202.194.139.32
