番茄GRF-GIF嵌合体增强植物再生效率以优化基因组编辑技术

本研究通过构建番茄GRF4-GIF1（SlGRF-GIF）嵌合体，显著提升番茄组织培养再生效率（1.9倍）并缩短转基因植株获得周期（约4周）。该技术克服了传统CRISPR-Cas系统在植物中应用的再生瓶颈，使突变单倍型多样性提高2倍，且不影响植株发育。研究为茄科作物基因功能研究和精准育种提供了高效工具。

　　

番茄GRF-GIF嵌合体的发现与应用

研究团队通过系统发育分析鉴定了番茄中GRF4（SlGRF4a-c）和GIF1（SlGIF1a/b）同源基因，发现SlGRF4c和SlGIF1a在分生组织中高表达。基于此构建的SlGRF4c-SlGIF1a嵌合体（含丙氨酸连接肽）通过 parsley UBIQUITIN（pPcUbi）启动子驱动表达，显著加速了番茄愈伤组织的芽再生进程。

再生效率的量化突破

在樱桃番茄Sweet-100中，SlGRF-GIF使再生培养基上的芽数量增加1.8倍（45 vs 25），生根阶段再生效率从7%提升至13%。对8组独立实验的统计分析显示，SlGRF-GIF使首批5株再生苗获得时间平均提前34天。在传统难转化的伯尔尼玫瑰（Berner Rose）品种中，该技术同样使再生效率从20.4%提升至44%。

CRISPR-Cas编辑的协同优化

结合RUBY报告基因（CYP76AD1/DODA/Glucosyltransferase）的可见筛选系统，研究团队靶向编辑了调控开花时间的SINGLE FLOWER TRUSS（SFT）基因。尽管RUBY因基因沉默未能有效预测编辑效率，但69-77%的T₀代植株表现出sft突变表型（单花穗或营养生长逆转）。通过高通量扩增子测序发现，SlGRF-GIF实验组在J2/EJ2双靶点编辑中产生了18个J2和20个EJ2独特单倍型，远超对照组的3个和6个。

多基因编辑的技术突破

在靶向调控花序结构的JOINTLESS2（J2）和ENHANCER OF J2（EJ2）基因时，SlGRF-GIF使复合花序突变体的获得率从40%（2/5）提升至100%（13/13）。SMAP单倍型分析显示，T₀-6植株中J2^h06（97.2%）和EJ2^h14（90.2%）单倍型可通过T₁代稳定遗传。值得注意的是，该技术还检测到常规方法遗漏的大片段结构变异（如J2^h22的56 bp缺失）。

机制优势与潜在应用

与玉米BBM/WUS系统不同，SlGRF-GIF通过促进干细胞向过渡放大细胞转化来增强再生，且不引起明显的多效性效应。研究建议未来可通过组织特异性启动子或miR396靶位点沉默（如GRF4^m396）进一步优化。该技术为番茄及其他茄科作物的基础研究、性状改良和CRISPR筛选提供了标准化解决方案，尤其适用于需要大规模转基因事件的碱基编辑、启动子工程和多靶点编辑场景。