利用未成熟合子胚实现荠蓝基因工程新突破，为作物改良开辟新路径

为解决荠蓝遗传转化难题，研究人员开展相关研究，建立新转化方法并验证其效率，为作物改良提供平台。

　　荠蓝（Camelina sativa (L.) Crantz），一种极具潜力的油籽作物，它就像植物界的 “多面手”。在面对低温、干旱和土壤贫瘠等恶劣环境时，荠蓝展现出了顽强的生命力，比常见的油籽油菜更能适应这些挑战。而且，它的生长周期短，从种植到成熟只需 85 - 100 天，这一特性不仅使其适合用于间作，还让它成为农业油籽作物研究的 “宠儿”，被当作实验模型植物。荠蓝种子更是蕴含着独特的宝藏 —— 极高含量的 α - 亚麻酸，这让它成为人体必需的 ω - 3 脂肪酸的优质来源，在人类营养和化学工业领域都有着重要价值。同时，其种子榨油后的饼粕富含蛋白质，可作为动物饲料，进一步提升了它的经济价值。

然而，在荠蓝的研究和应用之路上，遗传转化却成了一块难啃的 “硬骨头”。农杆菌介导的转化方法，因其获得的转基因拷贝数相对较低，能降低转基因沉默的风险，备受研究者青睐。过去二十年，基于农杆菌的蘸花法在荠蓝转基因植物培育中广泛应用，但它就像一个 “挑剔的孩子”，对环境条件要求苛刻，且转化效率较低，还存在明显的基因型依赖性。除此之外，对于许多植物来说，遗传转化通常借助细胞和组织培养来完成，可在荠蓝身上，基于此的可行方法却一直未被成功建立。此前的研究，有的用幼苗的子叶、叶柄和下胚轴片段接种农杆菌，有的使用叶片外植体或微繁殖的茎尖分生组织，但这些研究都没能提供 T - DNA 基因组整合和遗传的分子证据，也未在后续应用中发挥作用。

为了攻克这些难题，来自莱布尼茨植物遗传学和作物植物研究所以及海因里希?海涅大学杜塞尔多夫分校等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Plant Methods》杂志上，为荠蓝的遗传转化带来了新的曙光。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，他们精心挑选了合适的植物材料，包括实验荠蓝品系 Cam139 以及 Calena 和 Ligena 两个品种。在构建载体时，通过一系列操作将含有报告基因的表达盒导入农杆菌菌株 AGL1 和 LBA4404/pSB1 中。对于未成熟合子胚的处理，研究人员严格按照特定方法进行解剖和培养，之后利用真空辅助的方式让农杆菌与胚外植体进行接种和共培养。在筛选转基因植株时，采用 PCR、GFP 荧光检测和 DNA 凝胶印迹分析（Southern blot）等技术，从多个层面验证转基因的稳定性和遗传性。

下面来看看具体的研究结果：

1. 建立农杆菌介导的转化方案：研究人员制定了一套完整的转化流程。从授粉两周后采集供体植物的花序开始，小心地从未成熟的角果中取出未成熟合子胚进行预培养。在真空辅助农杆菌接种前，用针刺破胚外植体，就像为农杆菌打开了一扇进入的 “门”，同时促进伤口诱导的可再生结构形成。接种后，让外植体与农杆菌共培养，随后在选择性条件下，经过三个月左右，不定芽和小植株逐渐形成，最后通过分子水平检测确认转基因植株。
2. 针刺和农杆菌接种刺激不定芽形成：研究发现，针刺和农杆菌接种相结合，能让不定芽的形成数量比未处理的对照组增加约五倍，单独针刺也能使不定芽数量翻倍，而只进行农杆菌接种却没有明显效果。
3. 预培养时间和针刺时间点的影响：实验表明，在农杆菌接种前预培养 3 天，且在接种前立即针刺，能获得更多的转基因植株，不过不同处理间的转化效率差异并不显著。
4. 农杆菌密度、乙酰丁香酮浓度和共培养时间的影响：研究显示，使用较低的农杆菌密度（OD₆₀₀为 0.3）时，共培养 3 天产生的转基因植株数量比共培养 2 天的多。而当农杆菌密度 OD₆₀₀为 0.6、共培养 2 天且乙酰丁香酮浓度为 150μM 时，获得的转基因植株数量最多，但与其他处理相比，只有这一组合与效果最差的处理之间存在显著差异。
5. 比较两种农杆菌菌株：实验对比了超毒农杆菌菌株 LBA4404/pSB1 和 AGL1，结果发现 AGL1 的转化效率明显更高，这不仅体现在植物再生效率上，还体现在再生植株中转基因的比例更高。
6. 优化转基因植株形成过程中的选择条件：在优化选择条件的实验中，当共培养后用 25mg/L 的潮霉素处理 4 周时，转化效率最高，同时产生非转基因再生体的外植体比例最低。
7. 转化方法对不同基因型的适用性：研究人员用 Cam139 品系以及 Ligena 和 Calena 两个品种进行实验，发现在两种选择方案下，所有测试基因型的转化效率基本相当，其中 Ligena 品种获得的转基因植株数量最多，但非转基因幸存者的比例也较高，超过 70%。
8. 转基因植株分析：研究人员确定了种子萌发的选择性条件，发现 40mg/L 的潮霉素可用于后续 T₁代家族的分离分析。通过潮霉素抗性、GFP 特异性 PCR、GFP 荧光检测和 DNA 凝胶印迹分析等多种方法，证实了转基因的世代传递和在后代中的分离，还明确了转基因的基因组整合位点和 T - DNA 拷贝数。

在讨论部分，研究人员指出，他们建立的基于未成熟合子胚农杆菌接种的遗传转化新方法，为荠蓝的遗传改良提供了有力工具。与传统的蘸花法相比，新方法基因型依赖性低、稳定性好且效率高。同时，该方法还为 DNA 或其他生物分子直接转移到可再生细胞的进一步方法开发提供了可能，有望推动荠蓝基因组编辑技术的发展，为这种具有重要农业价值的作物改良开辟新的道路。

综上所述，这项研究成功建立了荠蓝的遗传转化新方法，为基因功能验证和植物性能及品质特征的生物技术改良搭建了一个实用平台，对荠蓝的研究和应用发展具有重要意义。