利用AtVIP1调控根癌农杆菌介导高效小麦遗传转化研究

In our previous study, significant increment of T-DNA transforming efficacy was observed in Agrobacterium tumefaciens mediated transformation on wheat tissue, which caused by expressing plant-derived AtVIP1 protein with translocation tag of T4SS (Type IV Secretion System) in A. tumefaciens. Following this result, this project is going to establish and optimize efficient wheat genetic transformation strategy based on AtVIP1, and demonstrate that self-expressed AtVIP1 in A. tumefaciens may facilitate genetic transformation to wheat cells. Related molecular mechanisms, including potential regulation effects of AtVIP1 as transcriptional effector on wheat, functional model of AtVIP1 as molecular adapter between essential T4SS effector VirE2 and wheat nuclear transporter, and differences between exogenous imported and endogenous expressed AtVIP1 in wheat during inducing A. tumefaciens mediated genetic transformation will be further analyzed in this study. Proposed efficient wheat genetic transformation strategy based on AtVIP1 in this project will provide theoretical and technical supports to wheat genetic breeding researches, such as transgenic plant construction and genome editing, as well as to other botanical studies.

申请人前期研究发现，在根癌农杆菌中表达含细菌四型泌出系统转位标签的植物源蛋白AtVIP1后，其侵染小麦组织并转运T-DNA的效率大幅提升。在此基础上，本项目将进一步确立并优化依赖于AtVIP1蛋白的小麦遗传转化体系，率先提出利用根癌农杆菌自身合成的AtVIP1蛋白促进其对于小麦细胞的转化并加以验证；通过探究AtVIP1蛋白进入小麦细胞后发挥的生物学功能，解析该过程涉及的分子机理，包括明确AtVIP1蛋白作为转录因子在小麦细胞中潜在的调控功能，分析AtVIP1利用小麦核转运蛋白将T-DNA转化涉及的关键细菌效应因子VirE2运输至细胞核的功能模型，并比较小麦中外源引入和内源表达的AtVIP1在促进T-DNA转运过程中的效率差异。本项目拟建立依赖于AtVIP1蛋白的高效小麦遗传转化体系，将为小麦转基因植株构建和基因编辑等遗传育种相关工作以及其他植物学研究提供理论和技术支持。

申请人前期研究发现，在根癌农杆菌中表达含细菌四型泌出系统转位标签的植物源蛋白AtVIP1后，其侵染小麦组织并转运T-DNA的效率大幅提升。在此基础上，本项目将进一步确立并优化依赖于AtVIP1蛋白的小麦遗传转化体系，率先提出利用根癌农杆菌自身合成的AtVIP1蛋白促进其对于小麦细胞的转化并加以验证；通过探究AtVIP1蛋白进入小麦细胞后发挥的生物学功能，解析该过程涉及的分子机理，包括明确AtVIP1蛋白作为转录因子在小麦细胞中潜在的调控功能，分析AtVIP1利用小麦核转运蛋白将T-DNA转化涉及的关键细菌效应因子VirE2运输至细胞核的功能模型，并比较小麦中外源引入和内源表达的AtVIP1在促进T-DNA转运过程中的效率差异。本项目拟建立依赖于AtVIP1蛋白的高效小麦遗传转化体系，将为小麦转基因植株构建和基因编辑等遗传育种相关工作以及其他植物学研究提供理论和技术支持。本研究进一步表明，根癌农杆菌在外源表达通过T4SS外泌的拟南芥AtVIP1蛋白后，可显著提升其对于多种生物物种的遗传转化效率，包括单子叶植物小麦、卵菌类病原物致病疫霉等。此外深入研究发现，烟草体内的AtVIP1同源基因RSG的体内定位依赖于其编码区域内的三个磷酸化关键位点，同时对这些位点突变产生的磷酸化能力丧失突变体（T30A/S74A/T135A）将使AtVIP1的同源基因产生无法进入植物细胞核的情况。对AtVIP1同源基因的磷酸化调控将显著影响这类蛋白家族作为转录因子的功能。本项目的完成为利用AtVIP1提升根癌农杆菌介导的生物遗传转化提供理论基础，同时也为植物、乃至各类其他物种的遗传转化与基因编辑提供理论和应用的贡献。