更容易获得的玉米生物工程方法可以为作物创新打开大门

环顾四周，你可能没有意识到，但玉米无处不在。它以这样或那样的形式存在于你橱柜里的谷物、浴室里的化妆品和药品、宠物食物碗里的粗粮和汽车油箱里。

玉米是美国的主要作物，其衍生物几乎被用于我们生活的方方面面。尽管不可预测的环境条件使农民难以维持目前的产量，但对它的需求仍在增长。

几千年来，人类有意培育作物以满足社会不断变化的需求。如今，随着科学技术的进步，我们可以通过调整作物的基因组（植物的生物蓝图）来对作物进行生物工程改造，以创造抗旱、高产和额外营养的版本，以满足我们的现代需求。

然而，对于包括玉米在内的一些作物物种，生物工程在技术上具有挑战性，需要许多研究机构无法获得的资源。在最近发表在《体外细胞与发育生物学-植物》杂志上的研究中，博伊斯·汤普森研究所（BTI）和爱荷华州立大学（ISU）的实验室与Corteva Agriscience的科学家合作，建立了一种更容易获得的玉米生物工程方法，为改善这种关键作物铺平了道路。

玉米的传统生物工程方法使用从成熟植物的玉米粒中收获的非常小的未成熟胚胎。这些胚胎经历了一个称为转化的过程，在这个过程中，一段专门设计的DNA被转移到玉米基因组中，为植物注入所需的性状。例如，玉米植株可以被赋予一种基因，以增强其对一种疾病的抵抗力，否则这种疾病可能会摧毁农民的田地。

这种转化方法的成功率在很大程度上取决于胚胎的质量，而高质量的胚胎需要先进的生长设施。但正如BTI教授、该项目的主要研究人员之一Joyce Van Eck博士透露的那样，“很少有学术研究小组拥有种植转化所需的高质量玉米所需的基础设施，因此该方法在很大程度上仅限于商业产业。”

成功还取决于被转化的玉米类型或基因型，因为每个基因型都有不同的遗传组成和性状变异。“许多实验室使用B73基因型作为实验标准，”Van Eck实验室的博士后研究员、该研究的第一作者Ritesh Kumar博士解释说，“但很难转化B73胚胎。”因此，使用这种玉米基因型来研究基因功能是繁重的。

这些因素都导致了Van Eck博士所说的玉米研究的“瓶颈”：科学家们通过资源密集型、非理想的转化技术所能完成的工作是有限的。

为了使玉米转化更容易，研究人员采用了Corteva Agriscience科学家最近开发的一种技术，在该技术中，使用幼苗发育中的紧凑叶片束或叶轮代替成熟植物的胚胎进行转化。使用这种方法，植物只需要生长约两周，不需要达到成熟期即可收获胚胎，从而减少了所需的时间和对先进生长设施的需求。

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这种叶旋转化方法最初利用了Corteva Agriscience开发的专有辅助质粒，该质粒为将特殊设计的DNA片段转移到玉米基因组提供了必要的分子工具。在目前的研究中，研究人员测试了由ISU农学系教授Kan Wang博士领导的一个小组开发的另一种公开可用的辅助质粒的性能。

总体而言，该研究在两种玉米基因型——PHR03和臭名昭著的顽固基因型B73中测试了使用两种不同辅助质粒的叶旋转化方法的有效性。利用公开可用的辅助质粒，研究人员报告了两种基因型的类似高成功率，证明这种更容易获得的转化方法即使在抗性玉米中也是有效的。

Van Eck博士表示：“这是使这项技术在没有温室设施的实验室中更可行的第一步，就像在工业中一样。”。“它降低了以前无法进行玉米转化的实验室的障碍，因此将推动玉米研究领域向前发展。”展望未来，库马尔博士表示，“我们现在正在探索这种方法将如何在具有理想性状的其他玉米基因型中发挥作用，例如对生物和非生物胁迫的抗性。”