用于原生质体培养基优化的实验设计框架

《Scientific Reports》：A design-of-experiments framework for protoplast culture media optimization

　　

摘要

植物原生质体培养是基因组编辑、功能基因组学和植物再生等领域的一项关键技术，然而由于相互作用变量众多，培养基优化在很大程度上仍依赖经验判断。本研究采用序贯试验设计（DoE）工作流，系统优化了早期甘蓝型油菜原生质体培养。部分因子筛选确定渗透压、2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）和基础盐成分为影响早期存活率的三个主要因素（共十一个候选因素）。结合受约束离子替换方法与多元建模，进一步解析了基础培养基效应，并确定钙离子可利用性是决定存活率的主导离子驱动因素，据此选择了以MS为基础并补充氯化钙的配方。随后，采用响应面方法对上述因素进行了优化，同时对存活率、活力浓度和早期细胞分裂进行了联合优化。实验验证确认了预测的响应趋势，并表明优化后的配方提高了原生质体存活率，且与对照培养基相比显著改善了第14天的细胞质量。综上所述，本研究展示了一种用于原生质体培养基优化的DoE工作流，该方法在降低实验复杂度的同时识别出具有生物学意义的培养参数，为系统优化原生质体培养基提供了实用框架。