小麦转基因技术及转化功能基因研究进展

小麦是世界上重要的粮食作物,相对于玉米、水稻等其他禾本科作物,其转基因研究虽然进展比较缓慢,但近几年已逐步取得了一些可喜进展。通过对小麦转基因尝试的不同方法的总结,如花粉管通道法、基因枪法、农杆菌介导法等,分析了各方法的优缺点,同时介绍了已向小麦转化的功能基因及其类型,如DREB、LEA等抗逆基因,GNA、Bt等抗病虫基因,aroA、Bar等抗除草剂基因,1Dy10、1Ax1等品质改良基因。在此基础上对小麦转基因技术,特别展望了整株水平上的农杆菌介导的幼穗转化法的前景和策略,以期促进转基因技术的不断提高和在小麦品种改良中的应用。     

转基因小麦的研究与展望

1992年第1株转基因小麦问世。近几年，以基因枪法为代表的转基因体系已经基本建立，农杆菌介导法基因转化获得突破，花粉管通道法转基因取得实用性成果。转基因小麦研究已经由转化体系的建立和完善向改良小麦品种过度。本文主要介绍近几年的进展，提出存在的主要问题和未来的展望。     

小麦基因工程育种的回顾和展望

1　小麦分子育种的国内外进展1.1　小麦遗传转化自1983年Zambryski获得世界上第一例转基因植株,1985年horch首创叶盘法以来,分别建立了农杆菌介导法、PEG介导法、电激穿孔法、病毒介导法、显微注射法、花粉管通道法、超声波法、基因枪法等,转基因成功的有50多个物种共110多种植物。目前已形成了以农杆菌介导法和基因枪法占主导地位的两大植物转基因体系。迄今为止,媒介农杆菌法获得的转基因植物占转基因植物总数的85％左右,主要集中在双子叶植物,但在单子叶植物上的进展却非常缓慢。到目前为止,转有农业价值基因的工作主要集中在水稻上,转其它粮食作物主要是标记基因和报告基因。小麦属于难以转化的禾……     

小麦转基因技术研究进展及其在育种中的应用

近年来,利用转基因技术以提高小麦产量、改善品质、增强抗病虫和抗逆能力,相关研究已卓见成效。主要对目前小麦转基因技术研究现状、主要的转化方法、转化效率、影响因素、转化目标基因、相关报告基因与选择标记基因的应用以及外源基因的表达调控等做了简要总结,对小麦转基因存在的问题及育种潜力进行了分析和展望。     

过量表达拟南芥NPR1基因提高小麦纹枯病的抗性

拟南芥NPR1基因是植物重要的抗病调控因子,转基因过表达该基因可以赋予植物广谱抗性.为明确该基因在小麦抗纹枯病基因工程中的应用潜力,本研究构建了由玉米ubiquitin启动子驱动的拟南芥NPR1表达载体,采用基因枪介导法导入到小麦品种扬麦12号中,获得20株转基因植株.对14个外源基因纯合株系的半定量RT-PCR和测序分析结果显示,外源拟南芥NPR1基因已经导入转基因小麦并有不同水平的表达,部分转基因株系拟南芥NPR1基因发生重排；纹枯病抗性鉴定结果表明,转基因株系中拟南芥NPR1基因的正确表达可以减轻纹枯病菌引起的病症发展,提高转基因小麦的纹枯病抗性.     

BvGLP1过表达增强了转基因小麦对根腐病的抗性

类萌发素蛋白(germin-like protein, GLP)是一类含有cupins结构域的糖蛋白, 在植物基础抗性等方面起着重要作用。本研究人工合成了甜菜GLP基因BvGLP1, 并利用基因重组技术构建了受韧皮部特异表达启动子RSS1P驱动的BvGLP1基因单子叶植物表达载体pA20-RSS1P::BvGLP1。通过基因枪介导法将其转入小麦品种扬麦18中, 对转基因扬麦18的T₀至T₃代植株中BvGLP1进行了PCR、半定量RT-PCR和荧光定量QPCR检测, 并对转基因小麦进行根腐病和纹枯病抗性鉴定。结果表明, BvGLP1已转入转基因小麦扬麦18, 并能在转基因小麦中遗传、转录表达; 5个转BvGLP1基因小麦株系的根腐病抗性比受体品种扬麦18有显著提高, 说明BvGLP1过表达增强了转基因小麦对根腐病的抗性。     

转AcAMP-sn基因抗全蚀病小麦新种质的创制与鉴定

抗菌肽是一类具有广谱抗菌性的小分子多肽,在植物防卫反应中起着重要作用。本研究人工合成了洋葱抗菌肽基因AcAMP-sn,利用基因重组技术构建了该基因的单子叶植物表达载体pAHC25::AcAMP-sn,使AcAMP-sn基因的表达受玉米Ubiqutin启动子控制。采用基因枪介导法,将AcAMP-sn基因导入小麦品种扬麦18,利用PCR、半定量RT-PCR及荧光实时定量RT-PCR检测、分析转基因小麦T0~T4代目的基因及其表达量,并对转基因植株进行全蚀病的抗性鉴定。PCR检测结果表明,导入的AcAMP-sn基因能够在转基因小麦中遗传。与受体扬麦18相比,在5个转基因小麦T4代株系中,AcAMP-sn基因的表达量及全蚀病抗性均显著提高,且全蚀病菌的相对含量明显下降,说明AcAMP-sn基因的过表达可以增强转基因小麦对全蚀病的抗性。     

抗全蚀病、根腐病的转PgPGIP1基因小麦的获得与鉴定

全蚀病和根腐病是小麦(Triticum aestivum)重要的土传真菌病害。PgPGIP1是人参(Panax ginseng)的一种多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白,可以抑制部分病原真菌分泌的多聚半乳糖醛酸酶的活性。本研究人工合成了PgPGIP1基因,并构建PgPGIP1基因的单子叶植物表达载体pA25-PgPGIP1,通过基因枪介导法将其转入小麦品种扬麦18中。对转PgPGIP1基因的T₀至T₄代植株进行PCR、RT-PCR和Q-RT-PCR分析,并对其全蚀病和根腐病抗性进行鉴定。结果表明,PgPGIP1基因能够在4个转基因小麦株系中遗传、转录与表达。与未转基因的小麦扬麦18相比,4个转基因小麦株系对全蚀病与根腐病的抗性明显提高,说明PgPGIP1表达增强了转基因小麦对全蚀病与根腐病的抗性。     

抗根腐病的TaMYB86过表达转基因小麦的创制与分子功能鉴定

小麦根腐病是一种难以防治的小麦土传病害。TaMYB86是一个小麦中受根腐病菌诱导表达的MYB编码基因。本文构建了TaMYB86的过表达转基因载体pUbi:MYC-TaMYB86,利用基因枪介导法将其转入推广小麦品种扬麦16。对转TaMYB86基因小麦T0-T3代植株进行分子特征分析和抗病鉴定。PCR检测结果表明,外源TaMYB86已转入3个转基因小麦株系中; qRT-PCR结果显示,TaMYB86在3个转基因小麦株系中的表达量显著高于在未转基因扬麦16中,约为未转基因扬麦16中的5~6倍,表明TaMYB86可在转基因小麦中过量转录; Western杂交结果表明,引入的TaMYB86可在上述3个转基因小麦株系中翻译表达。对转TaMYB86基因小麦与未转基因扬麦16进行根腐病菌接种与抗病鉴定表明,3个转TaMYB86基因小麦株系在T1-T3代的根腐病病情指数分别为31.75、50.00、45.00; 37.75、37.50、38.50; 41.75、31.25、37.50; 在3次鉴定中未转基因扬麦16的根腐病病情指数分别为75.04、54.17、65.38,转TaMYB86基因小麦T1~T3代的根腐病抗性均显著高于未转基因扬麦16 (P < 0.01)。与未转基因扬麦16相比,转TaMYB86基因小麦中3个下游防卫基因(PR10、PR17c和Chit1)的转录水平也显著上调。以上结果说明,TaMYB86过表达可显著增强转基因小麦的根腐病抗性,在小麦防御根腐病过程中起正向调控作用。     

转bar基因小麦的抗性遗传及农艺性状分析

【研究目的】以皖麦48和扬麦87158两个小麦品种的转bar基因株系为材料,探讨bar基因在转基因小麦自交后代的遗传表现及对农艺性状的影响。【方法】利用涂叶法和PCR法研究bar基因在转基因植株自交后代T1、T2的遗传表现,并对产量及品质等主要农艺性状进行比较分析。【结果】证实抗除草剂bar基因已经整合到小麦基因组中,并能稳定表达;遗传分析显示bar基因能稳定的遗传给后代,符合孟德尔遗传规律;在产量及品质等主要农艺性状方面,转bar基因小麦与对照相比无显著差异。     

花粉管通道转基因技术及在小麦分子育种中的应用

文章首先简要回顾了花粉管通道法转基因技术的发展历程,并从花粉管通道法转化的发育及分子证据的提出出发,详细介绍了转化的作用机理和操作技术,提出花粉管通道法转基因技术是一种十分有效的转基因技术,并以变异频率高,性状变异广泛,类型丰富,稳定快,一次导入片段多及低成本等优点而受到科研工作者的亲睐;其次,就花粉管通道转基因技术在小麦分子育种中的应用进行了综述,指出花粉管通道转基因技术在小麦品质创新及分子育种中具有特殊的意义,主要体现在品质改良育种和抗性育种方面,并且取得了可喜的成就,选育出了一系列新品系,如春小麦89122,丰富了品质资源;最后,就花粉管通道法转基因技术存在的问题和应用前景进行了探讨和展望。     

动物转基因技术在转基因牛中的研究进展

本研究综述了目前应用于转基因牛中原核显微注射法、体细胞克隆法、病毒载体法等传统动物转基因技术以及具有应用前景的ZFN技术、TALEN技术和iPS技术等。概述了20年来国内外转基因牛重要的研究进展,并就目前转基因牛在乳腺生物反应器、抗病育种、品种改良主要3个方面的应用进行了介绍。在此基础上,就目前转基因牛育种中存在的问题及今后发展趋势进行了讨论,以促进转基因牛研究的发展。     

小麦花粉管通道法转基因研究进展

自1983年我国学者创立花粉管通道法以来,在多种农作物中得到应用。本文概述了花粉管通道法的转化原理,重点介绍了小麦花粉管通道法转基因的操作技术和各种影响因素,转基因后代的遗传变异以及小麦花粉管通道法所取得的成果,在此基础上,指出应加强外源DNA导入后对受体DNA的作用机理研究,进一步优化各种转化条件,提高转化效率,使花粉管通道法在转移外源基因上发挥更大的作用。     

标记辅助回交育种在强筋小麦品质改良中的应用

标记辅助回交育种是一种目的性和可预见性强的育种方法,通过定向导入的手段能够有效提高受体品种的抗性、产量和品质,已被广泛应用在各个作物育种进程中。为了阐明该技术方法在强筋小麦品质改良中的应用情况,本文对标记辅助回交育种在强筋小麦品质改良中的应用范畴,实用性标记,强筋小麦蛋白质（质量与含量）和淀粉特性的改良,及应用前景与注意事项等方面进行了综述,以期为强筋小麦育种提供有用信息。     

中国小麦转基因研究的现状及前景

近年来,中国小麦转基因育种研究发展迅速,并成为常规育种的有效补充。分析了各类转基因方法在小麦遗传转化中的应用情况,综述了中国小麦转基因分子育种的发展及现状,主要包括小麦抗病虫、品质改良以及耐非生物逆境胁迫等方面的转基因研究,并分析了目前小麦转基因育种中存在的问题及发展策略。     

小麦品质性状的分子改良

小麦是世界上最主要的粮食作物之一,世界各主产国对小麦品质性状开展了深入地研究。本文从影响小麦品质的主要方面,如小麦籽粒蛋白质数量和质量,小麦籽粒硬度,小麦面粉粉色,小麦籽粒淀粉品质,小麦收获前穗发芽等综述了当前转基因和分子标记辅助选择研究现状和研究进展,并对研究中存在的问题进行了讨论。     

过表达TaPK-R1基因增强了小麦对纹枯病的抗性和耐冻性

小麦纹枯病菌(Rhizoctonia cerealis)和倒春寒是小麦生产中重要的生物和非生物胁迫因子,本研究目的是利用转基因技术改良小麦的纹枯病抗性和耐冷性。利用构建的转基因载体pAHC25-MYC-TaPK-R1,通过基因枪介导法,将小麦AGC蛋白激酶基因TaPK-R1导入春小麦品种扬麦20,获得TaPK-R1过表达的转基因小麦。对T1至T4代植株进行PCR、RT-PCR、qRT-PCR、Western blot分析,筛选到3个转基因小麦株系,外源TaPK-R1基因能够在其植物体内遗传和超量转录,并翻译成蛋白质。利用致病力不同的R. cerealis菌株R0301和WK207,分别对3个转基因株系T1至T2代和T3至T4代进行纹枯病抗性鉴定,发现TaPK-R1过量表达提高了转基因小麦的纹枯病抗性,3个转基因株系各世代的纹枯病平均病级为1.16~2.11, 病情指数为23.20~42.10,而对照扬麦20的纹枯病病级为2.55~3.60,病情指数为51.00~72.00。用?9℃低温处理三叶一心期小麦幼苗24 h,对照扬麦20的存活率为17%,3个转基因小麦株系的存活率分别为52%、79%和96%。上述结果表明,TaPK-R1过量表达能显著增强小麦对纹枯病的抗性及对冻害的耐受性, 所获得的3个转基因小麦株系可作为潜在的抗源材料。     

利用转基因技术改良小麦品质的研究进展

小麦作为世界丰要粮食来源,其转基因遗传改良受到广泛关注.随着生活水平的提高,人们对面食品各种品质的需求也越来越高,利用转基因技术对小麦进行品质改良成为近几年小麦研究的热点.小麦品质包括加工品质和营养品质,加工品质又包括磨粉品质和食品加工品质.目前的小麦品质改良中,磨粉品质的改良主要通过提高籽粒硬度(grain hardness)基因pin的含量;食品加工品质的改良主要通过提高小麦高分子量谷蛋白业基(high-molecular-weight glutenin subunit,HMW-GS),尤其是1ny10、1Dx5及1Ax1亚基的含量;小麦的营养品质改良主要是提高赖氨酸及铁结合蛋白的含量;面粉白度是衡量面粉品质的重要性状之一,利用转基因技术从遗传因素进行的面粉白度改良主要集中在对多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)的抑制上;淀粉品质是小麦品质的一个重要方面,淀粉品质改良的研究主要集中在对支链含量相关淀粉基因的研究上.本文就应用转基因技术对小麦品质在这五个方面的改良进行了概括介绍,并对其中存在的问题进行了探讨.