The Innovation Life | ES-CDB: 橡胶草的简化快速基因编辑递送方法

植物遗传工具的递送是现代生物育种的关键技术。在前期研究中，南方科技大学朱健康团队开发了无需组织培养的Cut-dip-budding（CDB）递送系统，实现了多个物种的遗传递送（Innovation. 4(1). 100345）。在该技术中，繁琐的毛状根生长培养过程是CDB技术的限速步骤。在本研究中，以重要的天然橡胶模式植物橡胶草为研究对象，通过探究橡胶草转基因再生芽的快速诱导方法，简化了毛状根的诱导和培养过程，极大简化了遗传转化和基因编辑的技术流程。

近日，南方科技大学朱健康课题组成功开发出一项极其简便的植物基因编辑方法（Extremely simplified Cut-dip-budding，ES-CDB），通过优化橡胶草Cut-dip-budding递送方法，开发出了无需毛状根诱导和培养的橡胶草基因编辑递送方法（ES-CDB）。该方法显著缩短了获得转化苗的时间，无需繁琐的组织培养步骤，使获得转基因或基因编辑橡胶草变得更为便捷。

此前的CDB方法需要橡胶草毛状根经过一段时间的培养增粗，才能够从根段上获得转基因芽。由于橡胶草根段具有极强的芽再生能力，本研究通过直接在橡胶草根段上进行转基因再生芽的诱导，简化了毛状根的操作和培养过程。在本研究中，利用了9种不同的农杆菌菌株，包括4种根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）和5种发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）。通过对橡胶草TKS（Taraxacum kok-saghyz）根段进行侵染，通过PCR检测发现发根农杆菌菌株K599具有更高的侵染效率。

随后，通过递送基因编辑工具靶向编辑TkPDS基因，进一步验证了ES-CDB在TKS中进行基因编辑的有效性。该基因的敲除会导致植物白化，可以此作为基因编辑植株的简单鉴定。本研究开发的ES-CDB的具体流程为：首先，将增粗到一定程度的橡胶草根切段；第二步，根段的伤口处沾取接触农杆菌；之后，放到湿润的蛭石表面；最后，经过约两周的培养，TKS根段的末端生长出了再生芽，获得基因编辑或遗传转化的幼芽（图1）。研究团队经过多次实验重复均能够高效地获得基因编辑橡胶草。ES-CDB方法不仅在TKS-H品种上取得了成功，还在其他三个TKS品种中实现了TkPDS基因的编辑，验证了该技术在橡胶草多个品种中的适用性。

图1 ES-CDB操作示意图

此外，本研究采用将外植体浸泡在农杆菌的悬浮液中的方式替代将根段逐一沾取菌体的步骤，极大优化了农杆菌侵染的操作方法，更加简单高效地获得了基因编辑的TKS植株（图2）。

图2 ES-CDB操作流程

本研究以橡胶草易再生的根段作为外植体，建立了更为简便的非组织培养ES-CDB方法，极大缩减了橡胶草遗传改良的技术开发周期。此外，本研究团队提出的利用易再生的植物组织部位作为外植体，通过非组织培养的方式进行遗传改良工具的递送，未来有望扩展到更多植物物种中，实现更多植物物种的遗传改良。

责任编辑

刘   添    中国科学技术大学

孟凡旺    McMaster University

本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Life第1卷第3期以Letter发表的“Extremely simplified cut-dip-budding method for genetic transformation and gene editing in Taraxacum kok-saghyz” (投稿: 2023-09-27；接收: 2023-11-03；在线刊出: 2023-11-21)。

DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-life.2023.100040

引用格式：Cao X., Xie H., Song M., et al., (2023). Extremely simplified cut-dip-budding method for genetic transformation and gene editing in Taraxacum kok-saghyz. The Innovation Life 1(3), 100040.