JIA | 中国农科院作科所叶兴国研究团队阐释农杆菌介导的无筛选标记转基因小麦后代遗传稳定性及农艺性状跟踪分析

小麦是世界上重要的农作物之一，随着人口和粮食生产需要的增加，需要培育综合性状优良的新品种提高单产水平，而常用的杂交育种技术周期较长，难以实现对优良品种进行确定目标性状的改良。相比之下，转基因育种可以转入小麦中不具备的优良基因。事实上，利用转基因培育的作物品种在逐年增加。获得转基因的组织培养过程中需要筛选标记，以便提高获得转基因植株的效率，但是筛选标记会随着转基因植株的自交繁殖而遗传，引发人们对转基因植物安全性的担忧。因此，开发无标记转基因小麦，有助于促进转基因小麦品种的生物安全评价和后续的生产应用。

近日，中国农业科学院作物科学研究所作物转基因技术与应用创新团队对农杆菌介导的无筛选标记转基因小麦后代遗传稳定性及农艺性状进行跟踪分析，研究结果以"Genetic and agronomic traits stability of marker-free transgenic wheat plants generated from Agrobacterium mediated co-transformation in T₂ and T₃ generation" 为题目在Journal of Integrative Agriculture (JIA) 2020年第1期正式刊出 (点击题目查看全文)。

研究团队利用之前农杆菌介导共转化法获得的T₁代转基因小麦株系(Wang et al. Generation of marker-free transgenic hexaploid wheat via an Agrobacterium-mediated co-transformation strategy in commercial Chinese wheat varieties. Plant Biotechnology Journal, 2017,15: 614−623)中的GUS基和bar基因进行了染色体荧光原位杂交鉴定，在染色体水平确认T₁代转基因株系中存在4种基因型(图1)，证明外源基因偏向于整合到染色体着丝粒的远端区，并获得了7个无筛选标记转基因小麦株系。进一步利用PCR、组织化学染色、bar试纸条和染色体原位杂交等方法，对无筛选标记转基因株系T₂和T₃代中目标基因的遗传稳定性进行了分析，确认无筛选标记转基因株系中没有筛选标记基因，只有目标基因，证明目标基因在无筛选标记转基因小麦株系中能够稳定遗传。

图1 无筛选标记转基因小麦株系染色体原位杂交鉴定

同时，对无筛选标记转基因T₃代株系进行了主要农艺性状分析，发现转基因株系与受体对照相比在穗长和穗粒数2个性状上有微弱变化外，其它农艺性状和籽粒性状与对照相没有明显差异（图2），证明无筛选标记转基因株系主要农艺性状稳定一致，为利用农杆菌介导获得的无筛选标记转基因小麦的商业化应用提供了证据。

图2 T₃代无筛选标记转基因株系穗型和粒型表现

在该项研究中，中国农科院研究生院2017级博士研究生刘会云为论文第一作者，中国农科院作物科学研究所叶兴国研究员和生物技术研究所裴新梧研究员为论文通讯作者。

利用本研究鉴定的无筛选标记转基因小麦株系，实验室优化了利用CRISPR编辑小麦的技术体系，研究结果最近在Journal of Experimental Botany上发表, 题目为 "Editing TaMTL gene induces haploid plants efficiently by optimized Agrobacterium-mediated CRISPR system in wheat"。

上述研究得到了国家转基因重大专项、重点研发计划和中国农科院创新工程等项目的资助。

Cite the paper:

LIU Hui-yun, WANG Ke, WANG Jing, DU Li-pu, PEI Xin-wu, YE Xing-guo. 2020. Genetic and agronomic traits stability of marker-free transgenic wheat plants generated from Agrobacterium mediated co-transformation in T₂ and T₃ generation. 19(1):23–32.

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研究团队简介

中国农业科学院作物科学研究所作物转基因技术与应用创新团队主要开展小麦遗传转化和基因编辑技术研究，以及小麦分子标记、细胞工程和染色体工程育种等。目前承担国家自然科学基金3项、国家转基因重大专项子课题2项、国家重点研发子课题1项、宁夏自治区重点研发计划课题1项、国际合作课题1项。近5年在Plant Biotech J、J Exp Bot、Food Chem、Theor Appl Genet、Crop J、Sci Rep、Int J Mol Sci、BMC Genom、Plos One、J Inte Agri等刊物上发表SCI论文25篇，获得国家发明专利4项，申请发明专利国际合作协定（PCT）1项。利用细胞染色体工程技术培育小麦新品系多个，合作选育的小麦新品种宁春50号2016年获得宁夏自治区科技进步二等奖，另外3个小麦新品系正在参加区域试验。
研究团队2019年毕业研究生与在籍研究生合影(右2为本文第一作者刘会云，右6为本文通讯作者叶兴国)   匈牙利来访专家观摩实验室小麦细胞染色体工程材料(右1为本文通讯作者叶兴国)

Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》，JIA) 是中国农业科学院与中国农学会联合主办、农业信息研究所承办的英文学术期刊。创刊于2002年，主编为中国农业科学院副院长万建民院士。2018年SCI影响因子1.337，位于科睿唯安JCR农业综合学科Q2区（18/56）。2019年采用开放获取形式，专注刊登作物学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、资源环境、食品科学、农业经济与管理等国际农业科学前沿热点领域的综述、研究论文、简报以及评述等。 

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