基因编辑技术，特别是CRISPR-Cas系统，为植物遗传改良带来了突破，基因编辑工具的有效递送往往是制约基因编辑技术应用的瓶颈。南方科技大学前沿生物技术研究院朱健康院士团队曾经开发的“切-浸-芽”(CDB，cut-dip-budding)方法，已经成功转化了多种植物，包括橡胶草、甘薯、臭椿等等，这些植物均具有根蘖繁殖的特点。2024年2月29日，Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了朱健康院士团队的最新研究成果“A method of genetic transformation and gene editing of succulents without tissue culture”，该团队通过进一步改良CDB基因递送系统，开发了一种适用于多肉植物的无组培遗传转化和基因编辑技术，该技术是将CDB基因递送系统应用于具有叶插繁殖能力的多肉植物而不限于根蘖性植物的又一新突破。
多肉植物因其耐旱性和观赏性而受到重视，在花卉市场上占有重要地位。然而，只有少数多肉植物可以进行基因改造，这使得通过基因工程改良这些植物变得非常困难。该研究利用多肉植物从切割叶片再生新芽的强大能力，通过直接感染切割叶片的方法实现了多种多肉植物的组培遗传转化和基因编辑，包括双子叶多肉植物长寿花（Kalanche blossfeldiana）和玉树（Crassula arborescens），以及单子叶多肉植物虎尾兰（Sansevieria trifasciata），转化效率分别为74%、5%和3.9%-7.8%。通过利用此新技术递送CRISPR/Cas9构建体，使得长寿花PDS基因位点的编辑效率高达70%。这些发现表明，通过使用改良的CDB方法可以实现具有叶插繁殖能力的多肉植物的遗传转化或基因编辑，从而为这类植物的遗传改良开辟了新途径。
测试CDB基因递送系统在多肉植物中是否可行。作者首先选择叶插繁殖能力强的多肉植物长寿花进行验证。相较于传统的组培转化方法，利用CDB基因递送系统对长寿花的遗传转化操作流程大大简化，通过该方法获得的长寿花幼芽，经过EGFP荧光标记筛选出阳性转基因芽，最终成长为完整植株，其在紫外光下具有强烈的EGFP荧光信号（图1）。使用改良后的CDB方法对长寿花PDS基因的编辑效率为70%，且编辑后的株系产生了白化表型，这一结果表明CDB系统不仅可以用于多肉植物的遗传转化，还可以高效地应用于植物基因编辑（图2）。
CDB基因递送系统在虎尾兰中的转化效果评估。虎尾兰是一种单子叶多肉植物，之前没有报道过其遗传转化方法。将切割后的虎尾兰叶片作为外植体，通过真空浸渍和农杆菌涂层相结合的侵染方法对其进行发根农杆菌K599感染，最终获得携带EGFP报告基因的转基因虎尾兰（图3）。另外，改良后的CDB方法对不同品种虎尾兰的转化不受基因型限制，转化效率表现出一定的一致性，显示出该技术方法的通用性和适用性。
图3
中国热带农业科学院三亚研究院/海南省种业实验室已出站博士后鹿京华（现就职于崖州湾国家实验室）和中国农业科学院已毕业硕士生李珊珊为论文的共同第一作者，南方科技大学前沿生物技术研究院朱健康院士为本文的通讯作者。本研究得到了山东舜丰生物科技有限公司、国家自然科学基金、海南省科技人才创新项目、三亚崖州湾科技城“崖州湾”菁英人才科技专项和海南省自然科学基金等项目的资助。
