PBJ | 美国华盛顿州立大学研究人员开发出基于自交不亲和的快速鉴定种子代谢表型特征

2024年5月28日 0条评论 138次阅读 0人点赞
Physaria fendleri是一种新兴的油料作物，因其不同寻常的羟基脂肪酸(HFA）而备受重视。为了进一步了解Physaria fendleri脂肪酸的代谢途径，提高籽油含量和HFA产量，参与该代谢过程的基因功能需要进行解析。然而基于组织培养转化产生稳定的转基因Physaria 受到嵌合组织和自交不亲和性的挑战，使纯合敲除系的生产费力、低效和耗时(产生纯合T1约18个月)。

病毒诱导基因沉默（VIGS）是一种将瞬时基因沉默引入T0植物组织体细胞的功能基因组学方法。VIGS可以从T0植株传递给T1种子完成对一代种子代谢基因的快速功能评估。然而，VIGS在整个植物中的传播是随机的，这表明不是每个种子都会有感兴趣的基因沉默。此外，Physaria是自交不亲和的，如果不异交或人工授粉未成熟的花，就不会产生种子。

近日，Abdul Azeez and Philip D. Bates在国际知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上在线发表了一篇“Self-incompatibility based functional genomics for rapid phenotypic characterization of seed metabolism genes”的研究论文，该研究开发了一种利用诱导自亲和性作为选择标记的VIGS方法，以快速识别和表征Physaria种子发育过程中抑制的基因功能。

《PBJ | 美国华盛顿州立大学研究人员开发出基于自交不亲和的快速鉴定种子代谢表型特征》

首先该研究在Physaria四叶期靶向八氢番茄红素去饱和酶(PDS)进行VIGS的初步测试，发现农杆菌OD为0.4和农浸时间为5 min时，对发芽种子进行真空渗透，PDS沉默效率约为97%。在具有光漂白表型的植物中，34%的植物完全光漂白(全株沉默)，63%的植物部分光漂白。大约10%的种子在下一代产生光漂白表型，这表明在萌发种子中接种短暂的VIGS可以在成熟植株的发育种子中产生沉默效应，成熟种子组织中的VIGS可以遗传给下一代。

为了检测VIGS对Physaria种子脂质代谢基因发育的影响，该研究选择了两个参与HFA生物合成的基因:脂肪酸羟化酶12 (FAH12)和脂肪酸延长酶1 (FAE1)。用FAH12-VIGS接种萌发种子，生长至成熟，产生的种子如预期的增加18:1-OH，减少20:1- OH。FAE1-VIGS产生的种子具有更高的18:1-OH和更少的20:1-OH积累。因此，利用发芽的Physaria种子转化的瞬时VIGS可以用于开发种子基因功能评估，是一个快速(仅4个月)的工具，比发表的基于组织培养的方法生产纯合稳定的转化子更省力。

尽管如此，对于生产用于Physaria种子代谢的高通量功能性基因组学系统，自交不亲和和缺乏含有VIGS结构的种子标记是耗时和劳动密集的。在各种芸苔科植物中，s位点受体激酶(SRK)和s座富含半胱氨酸(SCR)蛋白是主要的导致自交不相容的因素。因此该研究评估了这两个关键基因在Physaria自交不亲和中的作用，发现SCR-VIGS系自花授粉后没有产生种子荚，与对照相似。约30%的SRK- vigs株系在自交授粉后产生了健康的种子荚，表明SRK是Physaria自交不亲和的关键决定因素。

随后，该研究开发了一种基于自交不亲和的功能基因组学工具，通过在单个VIGS结构中共同靶向SRK和感兴趣基因(GOI)，可以消除手工授粉的需要，并通过视觉选择扩大发育荚果，利用自交亲和作为一种新的选择标记。为了验证该设想，研究将FAE1和SRK作为共同目标。发现大约20%的SRK-FAE1-VIGS系在不异交的情况下成功发育出种子荚果，SRK表达减少，成熟种子的18和20个碳羟基脂肪酸与单独的FAE1-VIGS相似，其中显著增加18:1-OH，减少20:1-OH，证明了SRK-GOI-VIGS是一种快速瞬时功能基因组方法，可用于评估单代种子代谢基因，并且该技术可以复制到其他自交不亲和作物上。

《PBJ | 美国华盛顿州立大学研究人员开发出基于自交不亲和的快速鉴定种子代谢表型特征》

原文链接：

https://doi.org/10.1111/pbi.14383

文章来源：植物生物技术Pbj

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