大豆高效遗传转化体系的建立和高油大豆种质的创制

Functional analysis of soybean genes and soybean molecular breeding depend on an high-efficiency genetic transformation system. To establish such a system, two problems have to be solved: introducing the genes into soybean meristematic cells and inducing adventitious bud formation from transgenic cells. Recently, we have established a high-efficiency method for introducing exogenous genes into soybean. In this proposal, we will facilitate this transformation system into cultivated varieties in China through the studies on the regeneration mechanism of adventitious bud formation with or without tissue culture. Also, we will investigate the function of lysophosphatidic acid acyltransferase LPAAT）in oil biosynthesis by introducing AtLPAAT2 from arabidopsis into soybean and further unravel the metabolism relationship among key storage lipids in the soybean seeds. This study will provide new materials and methods for soybean breeding

高效的大豆遗传转化体系是大豆基因功能研究和分子育种的必要基础。建立高效的大豆遗传转化体系需要从理论和技术方面解决基因导入到大豆分生组织细胞和转基因植株再生的问题。我们已经建立了一种非常高效的大豆外源基因导入法。本项目将以我国重要栽培大豆品种为材料，利用我们建立的农杆菌介导的高效基因导入法，通过对转基因不定芽发生机制的研究、对组织培养条件下和不通过组织培养条件下大豆转基因芽高效再生方法的研究，创建简单易行、大幅度提高转化效率的大豆遗传转化体系。同时，利用高效的遗传转化体系，将拟南芥溶血磷脂酸酰基转移酶(LPAAT)基因AtLPAAT2转入大豆，研究LPAAT在大豆油脂生物合成中的功能，揭示大豆种子中重要储存物质之间的代谢关系，为大豆育种提供理论、方法和种质。

项目的背景.大豆是全球植物蛋白和油的主要来源，也是重要的固氮豆科植物，在人民生活、国民经济和农业生态中都具有非常重要的地位。挖掘大豆与抗逆、品质及产量相关的重要基因、解析这些基因的调控网络是大豆功能基因组学研究的核心问题。基因敲除和基因过表达是基因功能分析的最重要的手段，这些手段必须有高效和高通量的遗传转化技术体系支持。因此，高效遗传转化体系是进行大豆功能基因组学研究的基础。但是，迄今为止，人们尚未开发出大豆高效遗传转化体系。.主要研究内容.建立在组织培养条件下或不经过组织培养的大豆高效遗传转化体系；利用该体系，通过基因过表达和CRISPR/Cas9基因组编辑等手段，研究大豆油生物合成途径中重要酶的基因的功能，为大豆基因功能研究和品种改良提供理论依据和方法。.重要结果.本项目建立了一个可操作性强、重复性好和效率高的大豆遗传转化体系，在组培条件下转化效率达到100%，不经过组织培养条件下的转化效率达到3%以上。本体系有以下几个重要特点：1、适用于不同的大豆品种；2、适用于不同的筛选标记；3、适用于不同的外植体；4、适用于不同的培养方法；5、适用于其他植物的遗传转化。该体系优于任何已报道的大豆遗传转化方法。在此基础上，我们利用CRISPR/Cas9系统对大豆油代谢相关基因进行编辑，结果显示，转基因材料均成功表达了sgRNA以及Cas9蛋白，并对大豆目标基因GmFAD2、GmDGAT、GmPDAT和GmSDP进行了编辑。另外，我们还鉴定了10个大豆AP2/ERF转录因子家族中的SHN基因，发现大豆SHN转录因子参与了蜡质和角质生物合成，并影响叶片发育和植株的抗旱性。.科学意义.大豆是目前全球种植面积最大的转基因作物，其种植面积已达大豆种植总面积的80%以上。大豆遗传转化技术将在大豆产业中扮演更重要的角色。我们建立的大豆高效遗传转化方法和强大的基因组编辑技术相结合，将在大豆基因功能研究和品种改良中发挥重要作用，对振兴中国大豆产业具有特别重大意义。