從種植面積和產(chǎn)量看pollen，玉米是我國(guó)第一大糧食作物pollen，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。全球主要轉(zhuǎn)基因作物中，轉(zhuǎn)基因玉米種植面積僅次于大豆位列第二，主要涉及性狀包括抗蟲(chóng)、抗除草劑、抗旱等。目前全球玉米轉(zhuǎn)基因育種的主流方法是pollen：基于植物組織培養(yǎng)體系，通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)基因pollen；然后進(jìn)行回交轉(zhuǎn)育，創(chuàng)制優(yōu)良轉(zhuǎn)基因玉米品種。但是該轉(zhuǎn)基因方法還存在一個(gè)比較大的缺陷：即依賴(lài)植物組培體系、受基因型限制、可用于高效轉(zhuǎn)化的玉米材料少，并且轉(zhuǎn)化成本高，嚴(yán)重限制pollen了玉米品種精準(zhǔn)改良特別是基因編輯育種的效率。因此急需一種不依賴(lài)組培體系、不受基因型限制的玉米新型高效DNA導(dǎo)入方法。雖然過(guò)去也有研究報(bào)道，利用納米磁珠介導(dǎo)的花粉轉(zhuǎn)化方法，但不同實(shí)驗(yàn)室利用所介紹的方法，成功率不高。

JIpb近日在線(xiàn)發(fā)表了 北京市農(nóng)林科學(xué)院生物所吳忠義研究員課題組題為“ efficient and genotype independent maize transformation using pollen transfected by DNA-coated magnetic nanoparticles”（https://doi.org/10.1111/jipb.13263）的研究論文。論文詳細(xì)介紹了基于納米磁珠介導(dǎo)的、不依賴(lài)基因型的玉米遺傳轉(zhuǎn)化方法。該方法借助納米磁珠將外源基因通過(guò)花粉萌發(fā)孔導(dǎo)入玉米花粉，然后經(jīng)人工授粉和自然結(jié)實(shí)過(guò)程，將外源基因轉(zhuǎn)入多種玉米自交系中，成功解決了玉米遺傳轉(zhuǎn)化過(guò)程中“依賴(lài)組培體系，嚴(yán)重受基因型限制”的瓶頸問(wèn)題。該方法的成功為其它植物開(kāi)發(fā)花粉轉(zhuǎn)化體系的提供有力借鑒。

圖1. 納米磁珠介導(dǎo)的不依賴(lài)基因型的玉米遺傳轉(zhuǎn)化流程

A-B. 田間玉米花粉收集；C. 8℃條件下使用轉(zhuǎn)化液 預(yù)處理（關(guān)鍵步驟）；D. 8℃條件下納米磁珠-DNA轉(zhuǎn)化花粉 （關(guān)鍵步驟）； E-F. 花粉干燥；G-H. 授粉結(jié)實(shí)。

圖2. 花粉萌發(fā)孔的打開(kāi)是外源基因成功導(dǎo)入花粉和幼胚的關(guān)鍵

A. 關(guān)閉狀態(tài)的花粉萌發(fā)孔；B. 打開(kāi)狀態(tài)的花粉萌發(fā)孔；C-F. 以紅色熒光蛋白基因RFP為報(bào)告基因，檢測(cè)不同條件下花粉的轉(zhuǎn)化效率；G-K. 以GUS為報(bào)告基因檢測(cè)不同條件下，幼胚轉(zhuǎn)化效率。

吳忠義課題組經(jīng)過(guò)多年不斷探索，建立了 納米磁珠介導(dǎo)的不依賴(lài)基因型的玉米遺傳轉(zhuǎn)化方法，并成功解決了該遺傳轉(zhuǎn)化方法的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，使該轉(zhuǎn)化方法穩(wěn)定、高效。第一，花粉預(yù)處理及轉(zhuǎn)化的整個(gè)過(guò)程均在低溫（8℃）條件下進(jìn)行，保持了花粉的活力，為保證授粉后玉米的結(jié)實(shí)率提供了保障；第二，使用轉(zhuǎn)化液在8℃條件下預(yù)處理花粉10分鐘，在保持花粉活力的前提下，大幅提高花粉萌發(fā)孔打開(kāi)的效率（達(dá)到40%-55%），為納米磁珠-DNA復(fù)合體高效進(jìn)入花粉提供了保障。該研究還發(fā)現(xiàn)，溫室中種植的玉米材料，花粉的萌發(fā)孔很難被打開(kāi)，使用該方法難以完成玉米的遺傳轉(zhuǎn)化。

博士后 王作平和副研究員 張中保博士為該論文的第一作者， 吳忠義研究員和 魏建華研究員為通訊作者。該研究得到了北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目、北京市農(nóng)林科學(xué)院創(chuàng)新能力建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)和北京市博士后基金的資助。

歡迎大家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、交流、討論，擴(kuò)大該方法在其它物種的使用范圍。

JIPB面向全球，刊發(fā)整合植物生物學(xué)研究的重要?jiǎng)?chuàng)新成果，包括宏觀和微觀領(lǐng)域有創(chuàng)新性的重要研究論文、綜述、突破性報(bào)道、新資源、新技術(shù)和評(píng)論性文章等。2020年2年SCI_IF: 7.061，位于植物學(xué)TOP 5%，SCI的Q1區(qū)。Scopus數(shù)據(jù)庫(kù)中CiteScore: 9.1，位于TOP 3.4%。JIPB位于中國(guó)科學(xué)院期刊分區(qū)生物學(xué)大類(lèi)1區(qū)和植物學(xué)小類(lèi)1區(qū)，中國(guó)科協(xié)《植物科學(xué)領(lǐng)域高質(zhì)量期刊分級(jí)目錄》T1級(jí)，并入選中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃。