发根农杆菌介导的杂交鹅掌楸高效遗传转化与基因编辑系统及其应用研究

《Journal of Plant Physiology》：An efficient genetic transformation and gene editing system mediated by Agrobacterium rhizogenes for Liriodendron hybrid and its application

本文系统建立了发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）介导的杂交鹅掌楸高效遗传转化平台，通过优化菌株（K599）、外植体（2天苗龄茎尖）与共培养时间（2个月）等关键参数，将转化效率提升至60.38%。该技术成功应用于水通道蛋白LhAQP1的亚细胞定位及CRISPR/Cas9基因编辑，首次在木本植物中实现靶向突变验证基因功能，为林木功能基因组学研究提供关键技术支撑。

　　

Highlight

植物材料与生长条件

本研究采用的杂交鹅掌楸（L. hybrid）基因型包括HS×GA（黄山×佐治亚）、TN×JZ（田纳西×金盏）、LS×SC-C136（庐山×南卡罗来纳）、LS×SC-C138（庐山×南卡罗来纳，即改良品种‘南林-金森E1’）、TY-15（田纳西×叙永）以及TN×TN（田纳西×田纳西，作为北美鹅掌楸L. tulipifera的代表）。幼苗在3/4强度MS培养基中培养，环境条件严格控制，温度维持在25°C。

筛选适合杂交鹅掌楸转化的最优发根农杆菌菌株

为确定最佳转化菌株，我们系统评估了三种常用发根农杆菌菌株（K599、MSU440和C58C1），以HS×GA基因型为实验模型。所有菌株均携带二元载体pRI101，该载体含有CaMV 35S启动子驱动的eGFP基因（图1a）。转化流程精细分为四个阶段：（a）发根农杆菌培养准备；（b）与外植体共培养；（c）毛状根诱导；（d）转基因根筛选。

讨论

鹅掌楸（L. chinense）基因组的获得为遗传工程和分子育种奠定了坚实基础，助力重要农艺性状相关基因的鉴定。然而，建立稳定的转基因体系对多数经济林木仍具挑战。当前杂交鹅掌楸的遗传转化效率低、周期长，严重制约基因功能研究。本研究开发的发根农杆菌介导的毛状根转化系统，通过优化菌株、外植体类型及培养条件，显著提升转化效率，为木本植物基因功能解析提供高效平台。

结论

本研究建立的发根农杆菌介导转化系统，为杂交鹅掌楸基因功能研究和分子育种提供了高效、低成本、嵌合率低的技术平台。该系统特别适用于根系性状分析和功能基因验证。尽管局限于毛状根组织，但其操作简便、无需组织培养等优势，使其成为木本植物中短期基因功能验证的理想工具。