2026年8月，Rutgers大学Andrea Gallavotti团队与冷泉港实验室David Jackson团队合作在 《New Phytologist》 发表研究“The combination of morphogenic regulators BABY BOOM and GRF‑GIF improves maize transformation efficiency and promotes leaf regeneration”，通过组合两种形态发生因子——小麦GRF4-GIF1嵌合体与玉米BABY BOOM（BBM），开发了名为GGB的高效转化系统，使玉米转化效率较单独使用任一因子提升7倍，植株再生周期缩短至约2个月，并首次实现了稳定转基因株系的叶片再生。

背景：形态发生因子如何突破再生瓶颈？

植物再生能力是遗传转化的关键限制因素，玉米等禾本科作物尤其顽固。形态发生因子（如WUS、BBM、GRF-GIF等）可重编程体细胞，使其获得胚胎发生能力。Corteva开发的WUS2-BBM系统虽大幅提升了转化效率，但需在再生后切除两个因子以避免发育缺陷。GRF4-GIF1嵌合体则被证实在小麦等多种单子叶作物中提升转化效率且不引起明显发育异常。然而，两者组合能否产生协同效应此前尚未可知。

GGB系统：效率7倍提升，周期缩短至2个月

团队将ZmBBM（由胚/叶特异性pPLTP启动子驱动）和TaGRF4-GIF1（由玉米Ubiquitin启动子驱动）整合至同一载体，并保留Cas9表达盒，构建了pBUE411-GGB（图1a）。在B104玉米自交系中，采用改良版QuickCorn方案，转化流程约2个月即可完成——从新鲜未成熟胚经农杆菌侵染、共培养、恢复培养、筛选培养、芽诱导、生根直至移栽。

转化效率方面，空载体仅0.9%，GRF-GIF单独为1.8%，BBM单独为2.6%，而GGB系统高达18.5%。这意味着GGB较GRF-GIF单独提升约10倍，较BBM单独提升约7倍，提示两者存在强烈的协同效应。

核心发现：发育正常，但花粉传递有代价

与WUS2-BBM系统不同，GGB转基因植株在生长发育上无明显缺陷，无需在再生后切除两个因子。但研究也发现了一个值得注意的现象——花粉传递偏斜。在三个独立事件中（GGB-E2至E4），通过花粉传递T-DNA的比例仅约7%，而通过胚珠传递则约49%。仅有一个事件（GGB-E1）花粉传递正常（约47%）。RNA-seq和TAIL-PCR分析显示，GGB-E1含有一个截短的T-DNA插入（缺少GIF和NOS终止子序列），提示GRF4-GIF1融合蛋白或GRF4的过高表达可能是导致花粉传递缺陷的原因。

后续的GB载体实验（去掉GIF1）进一步证实了这一猜想。虽然去除GIF1并未降低转化效率（约19%），但两个GB事件中仍观察到花粉传递偏斜（图2d）。碘染实验显示，GB-E2中正常淀粉积累的花粉比例仅58.8%，而野生型B104高达96.6%（图2e-f）。花粉淀粉积累不足是花粉活力下降的直接原因。

GGB系统的应用拓展：CRISPR编辑与荧光标记

多重基因编辑：团队利用GGB系统对ZmSAUR15和ZmSAUR79两个基因进行多重编辑（4个gRNA同时使用），成功获得185 bp和239 bp+23 bp插入的大片段缺失纯合突变体，无发育缺陷（图4a-b）。

细胞类型特异性标记：团队克隆了ZmOCL4基因启动子（基于DAP-seq和ATAC-seq定义的1785 bp区域），驱动核定位YFP表达，在耳原基中成功重现了L1层特异性表达模式，与mRNA原位杂交结果一致（图4c-e）。

叶片再生：从“不可能”到“高效”

叶片再生是这项研究最令人兴奋的突破之一。玉米叶片组织通常无法再生，但GGB-E1转基因株系（携带全长GGB载体）的叶片切片在605T培养基上培养6天后即出现体细胞胚（图5d-f），再生率约181%（以再生植株数/起始幼苗数计）。相比之下，野生型B104叶片切片完全无法再生（图5g）。

TaGRF4表达水平是关键。GGB-E1中TaGRF4的表达量比GGB-E2和E3高约5倍（图5j），叶片再生率达181%，而E2为0%，E3仅11%（图5k）。

机制解析：RNA-seq鉴定出天冬酰胺和海藻糖

为解析GGB介导叶片再生的分子机制，团队对GGB-E1和野生型B104叶片切片进行了0-10天时间梯度RNA-seq（图6a）。差异表达基因聚类分析显示，Cluster 5（924个DEGs，在GGB中第6天后上调）可能是叶片再生的正调控因子。

将Cluster 5基因与ZmGRF6（TaGRF4的玉米直系同源物）和ZmBBM的DAP-seq靶基因重叠，鉴定出两个候选基因：ASN3（天冬酰胺合成酶3） 和TPS10（海藻糖磷酸合成酶10）（图6c-e）。

在培养基中分别或联合添加天冬酰胺和海藻糖后：单独添加任一化合物时叶片再生效率小幅提升；而联合添加时体细胞胚簇大量出现，再生效率显著提高（P<0.0001，图6f-g）。

细胞来源：GGB叶片再生可能起始于表皮/亚表皮细胞

通过mRNA原位杂交、pPLTP::BBM-mNG荧光标记及单细胞转录组重分析，PLTP表达主要定位在保卫细胞及邻近表皮细胞（图S6），暗示GGB介导的叶片再生可能起始于叶片原基中的表皮或亚表皮细胞——这一特性使表皮细胞成为农杆菌和病毒介导转化的理想靶标。

总结

GGB系统通过组合两种形态发生因子（TaGRF4-GIF1和ZmBBM），在B104玉米中实现了18.5%的转化效率（较单独使用任一因子提升7倍），再生周期缩短至2个月，并首次实现了稳定转基因株系的叶片再生。通过时间梯度RNA-seq，鉴定出天冬酰胺和海藻糖作为促进叶片再生的新型培养基添加物。该系统已在LH244和Hi-II中验证有效，相关载体已存放于Addgene（#198233等），可直接用于学术研究。

原文信息： Chen Z., Zhou J., Galli M., et al. The combination of morphogenic regulators BABY BOOM and GRF-GIF improves maize transformation efficiency and promotes leaf regeneration. New Phytologist, 2026. DOI: 10.1111/nph.71508

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