Agrobacterium-mediated transformation of sorghum: factors that affect transformation efficiency

Abstract

The results presented in this work support the hypothesis that Agrobacterium-mediated transformation of sorghum is feasible, analogous to what has been demonstrated for other cereals such as rice, maize, barley and wheat. The four factors that we found most influenced transformation were: the sensitivity of immature sorghum embryos to Agrobacterium infection, the growth conditions of the donor plant, type of explant and co-cultivation medium. A major problem during the development of our protocol was a necrotic response which developed in explants after co-cultivation. Immature sorghum embryos proved to be very sensitive to Agrobacterium infection and we found that the level of embryo death after co-cultivation was the limiting step in improving transformation efficiency. The addition of coconut water to the co-cultivation medium, the use of vigorous and actively growing immature embryos and the removal of excess bacteria significantly improved the survival rate of sorghum embryos and was critical for successful transformation. Hygromycin phosphotransferase (hpt) proved to be a good selectable marker for sorghum. We also found that β-glucuronidase (GUS) activity was low in most of the transgenic plant tissues tested, although it was very high in immature inflorescences. Although promising, the overall transformation efficiency of the protocol is still low and further optimization will require particular attention to be given to the number of Agrobacterium in the inoculum and the selection of sorghum genotypes and explants less sensitive to Agrobacterium infection.

Genetic transformation of the Brazilian BR 451 maize variety by the Agrobacterium tumefaciens method

“…Great efforts have been made to adapt gene transfer into cereals via A. tumefaciens as they are resistant to such maneuvers (FRAME et al, 2002;2011). This recalcitrance is related to two different aspects: a) the low in vitro response (CARVALHO et al, 1997;FRAME et al, 2006;GONZÁLES et al, 2012;GRANDO et al, 2013) e b) low explant sensibility to agrobacteria infection (VENNA et al, 2003;CARVALHO et al, 2004;WANG et al, 2007), thus restricting the number of transformed maize genotypes (GONZÁLEZ et al, 2012;OMBORI et al, 2014).…”

Genetic Transformation of Immature Sorghum Inflorescence via Microprojectile Bombardment

“…Since the earliest 90's, laboratories around the world have generated improvements in sorghum regeneration and transformation that are ensuing in more consistent protocols. Transgenic sorghum plants have been generated via biolistic (Casas et al, 1993;Casas et al, 1997;Zhu et al, 1998;Able et al, 2001;Emani et al, 2002;Jeoung et al, 2002;Devi and Sticklen, 2003;Tadesse et al, 2003;Girijashankar et al, 2005) or Agrobacterium mediated transformation (Zhao et al, 2000;Carvalho et al, 2004;Gao et al, 2005;Howe et al, 2006;Van Nguyen et al, 2007;Nguyen et al, 2007;Gurel et al, 2009;Lu et al 2009;Mall et al, 2011).…”

Cultura de células em suspensão como ferramenta para estudos em parede celular secundária em gramí­neas C4

“…Além disso, sorgo é considerada uma das espécies vegetais mais difíceis de se manipular em cultura de tecidos (Shrawat & Lörz, 2006 A maioria dos estudos que reportam a manipulação de sorgo em cultura de tecidos, todos eles visando a produção de calos embriogênicos ou organogênicos para regeneração de plantas no processo de transformação genética, utilizam embriões imaturos como fonte de explante (Carvalho et al, 2004;Howe et al, 2006;Gurel et al, 2009;Kumar et al, 2011;Liu & Godwin, 2012). No entanto, outros tecidos foram propostos, como embriões maduros (Cai et al, 1987) e inflorescências imaturas (Brandão et al, 2012).…”

“…No entanto, a alta produção de compostos fenólicos também se apresenta como um fator limitante no estabelecimento das culturas. Assim, estratégias podem ser adotadas para minimizar a produção de compostos fenólicos e a consequente oxidação dos explantes como o uso dos aminoácidos asparagina e prolina e carvão ativado (Zhao et al, 2000;Carvalho et al, 2004;Raghuwanshi & Birch, 2010). Nos resultados obtidos, evidenciamos que o uso destes aminoácidos foi importante para a formação de calos com base nos protocolos de Brandão et al (2005) e Hosaka & Carrer (2014).…”

“…Ademais, o sorgo apresenta alta resistência ao estresse hídrico, respondendo de maneira mais eficiente ao cultivo sob essas condições quando comparado a outros cereais (Magalhães et al, 2000). A produção de sorgo na América Latina apresenta vantagens devido à sua adaptação a diferentes condições agrícolas, permitindo o cultivo tanto em regiões de clima úmido quanto de clima árido, além de baixo custo na produção (Acosta Sanchez, 2004;Awika et al, 2005;Farrar et al, 2008;Saballos, 2008;Paterson et al, 2009;Pola, 2011 (Carvalho et al, 2004;Vermerris, 2011;Calviño & Messing, 2012;Liu & Godwin, 2012). A simplicidade genômica de sorgo facilita a realização de estudos funcionais, devido à menor redundância genética.…”