熒光蛋白光源在植物遺傳學(xué)的研究篩選GFP

中國(guó)科學(xué)院華南植物園農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心在線(xiàn)發(fā)表了《A simple and efficient in planta transformation method based on the active regeneration capacity of plants》一文。在該文獻(xiàn)里，采用了LUYOR - 3415RG便攜式雙波長(zhǎng)熒光蛋白激發(fā)光源來(lái)用于綠色熒光蛋白（GFP）的表達(dá)。

植物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)是植物基因工程以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)分子育種的工具。不過(guò)，現(xiàn)行的植物遺傳轉(zhuǎn)化方案不僅復(fù)雜，而且效率低下，這限制了大多數(shù)資源植物或者農(nóng)作物的遺傳改造，已然成為植物資源開(kāi)發(fā)與利用的技術(shù)壁壘。所以，研發(fā)高效且適用性強(qiáng)的植物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)已經(jīng)成為植物或者農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域的重要研究趨向。

研究人員歷經(jīng)多年的探索與研究，成功構(gòu)建了一種基于植物主動(dòng)再生能力的新型植物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)（Regenerative Activity - dependent in Planta Injection Delivery，RAPID）。

RAPID方法主要基于植物的主動(dòng)再生能力這一特性。首先，在植物材料的選擇上，傾向于那些具有強(qiáng)再生能力的植物種類(lèi)，例如甘薯。研究人員對(duì)甘薯進(jìn)行多種遞送方式的細(xì)致測(cè)試，發(fā)現(xiàn)甘薯莖段注射遞送是一種極為有效的方式。這種方式能夠使目的基因快速進(jìn)入植物體內(nèi)，并且迅速定位到合適的細(xì)胞組織，進(jìn)而快速獲取陽(yáng)性器官和轉(zhuǎn)化個(gè)體。

在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，研究人員還對(duì)多個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行優(yōu)化。在農(nóng)桿菌菌種方面，精心挑選適宜的菌種，確保其具有高效的基因傳遞能力；對(duì)于侵染濃度，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)確定最佳濃度范圍，使得農(nóng)桿菌既能有效地將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞，又不會(huì)對(duì)植物細(xì)胞造成過(guò)度的毒害作用；在化學(xué)活性劑的使用上，也進(jìn)行了優(yōu)化篩選，合適的化學(xué)活性劑有助于提高細(xì)胞膜的通透性，增強(qiáng)目的基因的導(dǎo)入效率。

同時(shí)，該方法成功實(shí)現(xiàn)了多種報(bào)告基因和遺傳編輯工具的應(yīng)用。這不僅體現(xiàn)了RAPID方法的通用性，也為后續(xù)更深入的研究提供了更多的可能性。

隨后，借助遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)分析方法確定了植物分生組織的高效轉(zhuǎn)染以及新生轉(zhuǎn)化器官個(gè)體的快速再生。從遺傳學(xué)角度來(lái)看，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)化后植物的基因檢測(cè)和分析，發(fā)現(xiàn)目的基因能夠穩(wěn)定地整合到植物的基因組中，并且能夠按照預(yù)期的方式進(jìn)行表達(dá)。在細(xì)胞學(xué)層面，觀察到轉(zhuǎn)化后的植物細(xì)胞在分生組織區(qū)域呈現(xiàn)出特殊的生理變化，這些變化與細(xì)胞的再生和分化密切相關(guān)，這也正是能夠迅速且高效地獲得穩(wěn)定轉(zhuǎn)基因植株的根本所在。

當(dāng)前，RAPID方法已經(jīng)成功應(yīng)用于甘薯、馬鈴薯、厚藤等無(wú)性繁殖的經(jīng)濟(jì)作物或者資源植物。

相較于傳統(tǒng)遺傳轉(zhuǎn)化方法，RAPID方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。其轉(zhuǎn)化效率更高，可提高20至100倍；操作流程更加簡(jiǎn)便，能縮短2至3倍的時(shí)間；并且不需要昂貴且復(fù)雜的組織培養(yǎng)過(guò)程。RAPID方法克服了傳統(tǒng)方法在快速遺傳轉(zhuǎn)化方面的局限，突破了各類(lèi)資源植物開(kāi)發(fā)和利用的瓶頸。

一、RAPID方法在植物遺傳轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的研究前景

1.廣泛的植物物種適用性

基于植物主動(dòng)再生能力和無(wú)性繁殖的特性，RAPID方法有著廣闊的應(yīng)用潛力。許多植物都具有不同程度的再生能力，這意味著該方法有希望擴(kuò)展到更多的植物物種。除了已經(jīng)應(yīng)用的無(wú)性繁殖作物外，對(duì)于一些具有特殊再生機(jī)制的野生植物資源，也可能通過(guò)適當(dāng)調(diào)整技術(shù)參數(shù)來(lái)應(yīng)用RAPID方法。例如，一些多年生草本植物或者木本植物的營(yíng)養(yǎng)器官再生能力如果能夠被深入挖掘，將為這些植物的遺傳轉(zhuǎn)化提供新的途徑。

2.性狀改良與種質(zhì)創(chuàng)新

在特色資源植物和經(jīng)濟(jì)作物方面，RAPID方法為實(shí)現(xiàn)性狀改良與種質(zhì)創(chuàng)新提供了有力的工具。通過(guò)高效地將特定的基因?qū)胫参锘蚪M，可以對(duì)植物的產(chǎn)量、品質(zhì)（如營(yíng)養(yǎng)成分、口感等）、抗逆性（如抗病蟲(chóng)害、耐旱、耐寒等）等重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。例如，在一些重要的糧食作物中導(dǎo)入抗蟲(chóng)基因，可以提高作物的產(chǎn)量穩(wěn)定性；在水果類(lèi)作物中導(dǎo)入與果實(shí)品質(zhì)相關(guān)的基因，可以改善果實(shí)的色澤、甜度等品質(zhì)特性。

3.推動(dòng)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究發(fā)展

在基礎(chǔ)研究方面，RAPID方法有助于深入探究植物的生長(zhǎng)發(fā)育、基因表達(dá)調(diào)控以及細(xì)胞再生等生物學(xué)過(guò)程。研究人員可以更方便地構(gòu)建各種轉(zhuǎn)基因植物模型，研究基因功能及其相互關(guān)系。在應(yīng)用研究領(lǐng)域，該方法能夠加速新品種的培育進(jìn)程。對(duì)于農(nóng)業(yè)育種來(lái)說(shuō)，可以更快地將具有優(yōu)良性狀的基因組合到目標(biāo)作物中，縮短育種周期，提高育種效率，從而更快地滿(mǎn)足市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。

4.促進(jìn)植物資源的開(kāi)發(fā)利用

許多植物資源由于其遺傳轉(zhuǎn)化的困難而未能得到充分的開(kāi)發(fā)利用。RAPID方法的出現(xiàn)打破了這種限制，使得更多的植物資源可以被納入到現(xiàn)代生物技術(shù)的應(yīng)用范疇。這不僅有助于挖掘植物資源的潛在價(jià)值，如藥用植物的活性成分開(kāi)發(fā)、工業(yè)原料植物的培育等，還能夠保護(hù)生物多樣性，通過(guò)合理的開(kāi)發(fā)利用促進(jìn)植物的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)。

文獻(xiàn)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.

大致翻譯：在熒光立體顯微鏡下（Exc540-580nm，M205FA，徠卡）和紅色熒光濾光鏡（Em593-667nm）下觀察mScarlet報(bào)告基因在活轉(zhuǎn)基因組織中的熒光。在共聚焦顯微鏡（SP8 STED 3X，徠卡）下觀察了甘薯的自發(fā)熒光光譜。新鮮選擇1周齡的不定根進(jìn)行根樣品檢測(cè)，選擇初芽第三成熟葉進(jìn)行葉片樣品檢測(cè)。利用雙波長(zhǎng)熒光蛋白激發(fā)光源（Exc 440 nm，Em 500 nm，3415RG，LUYOR，China）觀察了含有GFP報(bào)告基因的轉(zhuǎn)基因甘薯材料。將莖基部韌皮部附近的區(qū)域去皮，以減少表皮的自身熒光，并在黑暗條件下用光源照射整個(gè)植株。在陽(yáng)性轉(zhuǎn)化植株的莖的內(nèi)部區(qū)域檢測(cè)到綠色熒光

文獻(xiàn)鏈接：可以聯(lián)系后臺(tái)人員發(fā)布，無(wú)法展示