北京农林科学院生物所创建具有我国自主知识产权的全新玉米遗传转化方法

      在实践中突破自我，在积累中收获硕果。近年来，我院生物所玉米分子育种团队立足岗位，潜心钻研，践行应用基础研究精益理念，独辟蹊径，创建具有我国自主知识产权的全新玉米遗传转化方法“纳米磁珠介导的不依赖基因型的玉米新型高效转化体系”。该方法探明了维持花粉活力和花粉萌发孔打开的最佳条件，突破了玉米遗传转化过程中“依赖组培体系，严重受基因型限制”的瓶颈问题，达到国际先进国内领先的水平。

      突破技术瓶颈

      解决两个关键技术问题

      新型玉米遗传转化体系解决了遗传转化过程中的两个关键技术问题：第一，花粉预处理及转化的整个过程均在低温（8℃）条件下进行，保持了花粉的活力，为保证授粉后玉米的结实率提供了保障；第二，使用转化液8℃条件下预处理花粉10分钟，在保持花粉活力的前提下，大幅提高花粉萌发孔打开的效率（达到40-70%）。成果发表高水平论文一篇：Efficient and genotype independent mai

      ze transformation using pollen transfect

      ed by DNA-coated magnetic nanopartic

      les. Journal of Integrative Plant Biology, 2022, 64: 1145–1156.（中科院1区TOP期刊，影响因子9.1）。论文的发表受到国内外众多学者和科技日报等媒体关注。

图1 花粉萌发孔的打开是外源基因成功导入花粉和幼胚的关键

      A. 关闭状态的花粉萌发孔；B. 打开状态的花粉萌发孔；C-F. 以红色荧光蛋白基因RFP为报告基因，检测不同条件下花粉的转化效率；G-H. 以GUS为报告基因检测不同条件下，幼胚转化效率。

      技术不断提质升级

      打破技术和产品卡脖子问题

      在技术研发过程中，团队不断优化提升技术关键节点。纳米磁珠作为本技术的重要媒介，依赖进口，货源和货期都难保证，很容易被“卡脖子”。经团队多年试验，找到纳米磁珠替代产品和技术，即：采用PEG介导制备转基因玉米花粉的方法，使用国产化学试剂，性能稳定、价格低廉，平均转化每穗玉米使用PEG成本在1元左右，具有更广泛的适用性。相关技术已获得国家发明专利三项并已申请PCT专利：(1)、一种不依赖于玉米基因型的DNA导入方法，ZL201910623296.5；(2)、一种改良的玉米花粉磁转染方法，ZL202111418727.8；(3)、一种制备转基因玉米花粉的方法及其使用的试剂盒，ZL202210532986.1。

图2 相关获得授权的专利

      技术推广转化

      为生物育种企业及高校

      科研院所提供技术服务

      系列专利和技术体系完成了第一批成果转化120万元，为生物育种企业在玉米基因编辑结合单倍体育种方面提供技术指导和服务。生物育种过程中，无论是常规的转基因育种还是基因编辑育种，将外源基因递送到生物体的过程，都离不开DNA高效导入技术。已经报道的玉米单倍体介导的基因编辑育种，无论是HI-Edit技术，还是IMGE技术，技术难点都在“将外源基因递送到生物体”的过程，因为受到基因型的限制，仍需要多年多代的回交转育过程，时间长成本高。本重大技术成功解决了这些技术难点，将为育种企业节约大量人力物力，大大降低生物育种的成本。该重大技术的建立，为其它农作物如小麦、高粱、花卉、瓜菜及果树生物育种带来曙光，吸引国内外高校、科研院所和国内外企业使用该技术进行技术创新，团队为大家提供技术指导，并提供相关研究材料如实验载体、荧光报告基因等。

      工作展望

      技术更新迭代永无止境。研究团队将在现有工作基础上，踔厉奋发，对该技术升级突破，拓展该技术在玉米基因编辑结合单倍体育种中的应用，加快利用分子育种获得玉米新品种进程。在不远的将来，该方法有望在不同的植物中得到推广，同时，该方法将极大提高品种精准定向改良的效率。

      （来源：生物所）