武汉大学孙蒙祥团队开发快速获得不含转基因元件的基因编辑后代的新方法

2025年3月25日，武汉大学生命科学学院杂交水稻全国重点实验室孙蒙祥教授团队在Molecular Plant发表了题为“A highly efficient and environmentally friendly strategy to obtain transgene-free genome-edited progeny in flowering plants”的研究论文。该研究基于开花植物由雌雄配子融合形成种子的生殖特性，开发了一种植物自主选择不含转基因元件的雌雄配子参与受精，从而能快速获得不含转基因元件的基因编辑后代的新方法。为作物分子育种提供了有力工具。

1.研究背景

相较于转基因作物，公众对不含转基因元件的基因编辑作物的接受程度显然更高。然而，如何快速、简易地获得不含转基因元件的基因编辑作物至今仍然面临诸多挑战。主要原因包括：在转基因作物中，一半的雌雄配子含有转基因元件，四分之三的子代植株含有转基因元件；当复杂基因组中T-DNA多位点插入时，通过自交分离获得无转基因元件的基因编辑作物的概率大大降低，同时投入的人力物力却大大增加。因此，开发一种无需人力介入，仅需一代时间获得无转基因元件的基因编辑作物的方法非常必要。

2.研究内容

理论上，如能使含转基因元件的配子全部败育，参与受精的均为不含转基因元件配子，则子代植物可自动排除转基因元件。为实现这一目标，文章作者使用雄配子特异表达启动子DUO1和雌配子特异表达启动子DD22来驱动改造后的毒蛋白mBarnase在雌雄配子中表达，以此来达到清除含转基因元件的雌雄配子的目的，这一系统即为转基因配子自清除系统TGAC（图1）。

图1 TGAC系统工作原理图解

实验证实DUO1::mBarnase分子模块可以完全清除含转基因元件的雄配子；DD22:: mBarnase分子模块可以完全清除含转基因元件的雌配子中央细胞。因此，通过将DUO1::mBarnase和DD22::mBarnase与基因编辑元件整合在同一载体上实现了在基因编辑的同时转基因配子自清除的目标（图2）。

图2 含转基因元件雌雄配子完全败育

为了验证TGAC系统的有效性。GL1基因被选择进行编辑验证，GL1基因突变后，植株表面光滑无表皮毛，可以快速进行表型鉴定。通过5个独立株系的结果分析表明，TGAC系统可以在子一代获得经基因编辑且不含有转基因元件的植株。另外，TGAC系统工作时含转基因元件的雄配子全部败育，因此，基于花粉逃逸造成的外源基因污染环境问题也得到解决（图3）。该方法，简单、快速、环保，值得在作物中大力推广。

图3 TGAC系统实现基因编辑的同时实现转基因元件的清除

武汉大学生命科学学院博士后程天河为该论文第一作者和共同通讯作者，孙蒙祥教授为论文的最后通讯作者。武汉大学为通讯作者单位。本研究得到了国家自然科学基金重大项目，重点项目以及博士后面上项目的资助。

(来源：植物科学最前沿)