转基因玉米育种研究进展

转基因性状包括抗虫、耐除草剂、耐干旱、雄性不育、高赖氨酸含量和耐热淀粉酶等。介绍了转基因玉米的转化途径、转基因玉米的功能基因及性状、转基因玉米的基因聚合方法以及目前美国市场上的主要转基因玉米性状、转基因玉米及其产品检测技术和转Bt基因玉米害虫的抗性治理,讨论转基因玉米基因专利失效以后的管理问题和转基因玉米基因发展趋势。     

转基因技术在玉米遗传育种中的应用

世界上转基因玉米已占玉米种植面积的11%,17种转基因玉米被正式批准投入商品化。应用于玉米上的主要转基因技术有农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法等。转基因玉米的主要类型有抗虫玉米、抗除草剂玉米、抗病玉米、高赖氨酸玉米和抗寒玉米等。转基因玉米将向特殊营养及饲料专用方向发展,以满足高附加值的市场需求。     

美国转基因玉米的生产概况和发展趋势

美国是世界上最大的玉米生产国, 种植面积、总产和单产均居世界首位。转基因玉米自1996年引入生产以来,使玉米生产上了一个新台阶。当前推广利用的转基因玉米品种基本上是抗虫和抗除草剂两种类型。抗虫是由在玉米体内表达Bacillus Thuringiensis(Bt)毒素结晶蛋白(cry蛋白)基因所致,除草剂的抗性(Herbicide tolerance, HT)是由外源的或改良的EPSPS基因在玉米体内表达来实现。转基因玉米的种植面积每年都稳步上升,转基因玉米的也由单一的Bt或HT转变为多基因多性状的叠加,将抗玉米螟和抗Rootworm结合,使玉米的地上部和地下部都得到了有效的保护,再加之抗除草剂基因的叠加,使得转基因品种在生产上更具竞争力。转基因玉米的抗虫和抗除草剂等优良性状带来了巨大的经济和环境效益, 并被越来越多的大众所接受。转基因玉米在短短10年间的应用和发展,还不能回答转基因作物对人类和环境的长期影响等问题。因此,对转基因作物的管理和利用仍不能掉以轻心,不能因对生物技术的热情而对人类和环境造成无意的不可挽回的破坏。     

玉米转基因研究进展

玉米转基因的方法主要有农杆菌、基因枪、PEG介导等方法,受体主要是愈伤组织和幼胚等生活较旺盛的部位。目前在玉米上的成功应用是抗玉米螟的Bt转基因玉米、抗除草剂转基因玉米等种类。转基因技术目前面临的问题是关于环境和食物链的问题。也就未来玉米的转基因发展进行了讨论。     

基因工程在玉米抗旱育种中的应用

干旱是影响农业生产的重要灾害之一。利用转基因方法培育抗旱玉米新品种是一个有效的新手段。近年来,渗透调节物质合成相关基因、转录因子基因和信号传导相关基因在玉米抗旱转基因研究中获得新进展,同时伴侣蛋白基因、解毒酶相关基因、代谢相关基因和转运或通道蛋白基因在植物抗旱方面的作用机制研究正逐步推进,不但为玉米转基因抗旱研究提供了丰富的基因资源和基础材料,同时也为抗旱转基因玉米新品种培育奠定了坚实基础。归纳近年来基因工程技术在玉米抗旱研究方面的最新进展,结合相关研究工作,提出玉米抗旱转基因育种的思路和存在问题,为今后玉米的抗旱转基因研究提供参考。     

玉米转基因育种回顾

自从1990年首次获得可育的玉米转化体以来,转基因玉米研究与产业化取得飞速发展。应用转基因技术培育了一批抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆、优质的转基因材料,转基因玉米生产已实现产业化。本文就近年来玉米转基因研究在转化技术体系、影响因素、筛选、鉴定等方面的进展做一概述,并就有关问题提出建议。     

基因枪法获得玉米转基因植株的研究

采用基因枪轰击转化技术将含有抗除草剂chlorsulfuron基因AHAS的PCD220质粒导入玉米愈伤组织,并再生出具有抗该除草剂的转基因植株,同时研究了影响玉米基因枪转化效率的因素。基因枪轰击时,金粉用量、轰击次数及轰击距离对愈伤组织的转化率有较大影响。转化时,以金粉用量100 μg/枪、轰击2次、发射点与靶细胞的距离9 cm最合适。对所获得的转化植株进行PCR分析及Southern杂交鉴定,部分转化植株呈PCR阳性和明显的杂交信号,说明抗除草剂绿黄隆的基因AHAS已整合到玉米基因组当中,将转基因植株进行自交,获得了T₀代的种子。     

转酸性蛋白酶pepB基因玉米的分子鉴定与农艺性状分析

通过分子生物学技术把酸性蛋白酶pepB基因转入受体玉米自交系基因组中,培育转酸性蛋白酶pepB基因玉米新品系。以耐盐基因badh作为筛选标记性基因,经过抗性筛选,对T1、T2、T3代转基因植株进行PCR检测,得到14个T1代转基因阳性植株,32个T2代转基因阳性植株和27个T3代转基因阳性植株。Southern杂交结果表明,外源酸性蛋白酶基因已经整合进玉米基因组中。RT-PCR结果表明,酸性蛋白酶基因在受体玉米中获得表达,获得外源酸性蛋白酶pepB基因遗传表达的T3代转基因玉米株系。通过对T2、T3代转基因玉米各品系农艺性状的分析结果表明,转基因玉米各品系在株高、茎粗、穗长等农艺性状上与受体亲本没有差异,但生育期均有不同程度的缩短。     

玉米转基因育种技术概述

随着生物技术的迅猛发展,农作物育种科学也有了新的突破.目前以转基因技术为手段和方法的高新技术育种正在成为国际作物育种的新途径.同样,转基因育种技术也是未来玉米育种的主要发展趋势和方向.转基因玉米是仅次于大豆的第二大转基因作物.转基因玉米育种研究中所使用的外源DNA导入方法主要有:农杆菌介导法,基因枪法,花粉管通道技术,子房注入法,聚乙二醇介导法等.     

转基因玉米SW12-859的抗螟性及农艺性状评价

SW12-859为吉林省农业科学院农业生物技术研究所培育的转基因玉米杂交组合,全株表达Cry1F基因杀虫蛋白。本研究以其为材料,与其遗传背景相似的郑单958为非转基因对照,在玉米心叶期(6~8叶期)和穗期(13~16叶期)进行田间人工接玉米螟初孵幼虫,调查其抗螟性、农艺性状及对产量损失的影响。结果表明,在玉米心叶期和穗期,转基因玉米SW12-859对一、二代玉米螟表现为高抗,郑单958表现为感,二者受玉米螟危害程度(抗螟性)差异显著。转基因玉米SW12-859和郑单958的株高、穗位高等农艺性状相近,在接虫条件下,转基因玉米产量显著高于非转基因玉米。     

美国主要作物转基因商业化进展及启示

分析了美国玉米、大豆和棉花3种主要作物转基因品种的商业化进程,结果表明：玉米、大豆和棉花在美国已经基本实现了品种的转基因化,2010年已分别达到86%、93%和93%。无论是抗虫、还是抗除草剂、或者是既抗虫又抗除草剂的转基因品种,在美国都大受农场主的欢迎,这揭示转基因技术为农业生产者带来了巨大的利益。分析了我国转基因作物商业化现状,棉花、玉米、大豆都与美国有很大的差距,仅水稻的转基因研究领先于美国。因此,建议积极推进转基因水稻的商业化进程,保持水稻研究的先发优势,加强其他作物转基因研究,并适时商业化,保障我国的粮食安全。     

玉米转基因研究与进展

从玉米转基因的受体选择、遗传转化方法和原理、标记基因的选择、表达载体构建和启动子的选择及玉米转基因研究、生产和应用前景等方面,阐述了玉米转基因研究的进展。     

现代生物技术在辽宁省农作物育种上的应用

现代生物技术在辽宁省农作物育种上的应用主要包括：现代生物技术与传统常规育种技术结合；采用DNA分子标记技术，分析玉米常用自交系的遗传距离；首次发现并克隆了与高粱抗蚜基因紧密连锁的2个标记；在细胞和组织培养上，应用单倍体和细胞变异体等培养技术，选育出一批水稻、玉米和高粱的优良品系。在转基因育种方面，通过农杆茵介导法、基因枪法和花粉管通道法，导入目的基因和含目的基因的总DNA，改进了高粱、向日葵和绿化菊的农艺、品质和抗性等性状。根据国内外农作物育种技术的发展趋势，提出建立农作物现代育种体系的建议。     

应用直接PCR技术快速筛查转基因玉米方法研究

以转CP4-epsps基因玉米为研究对象,用玉米内标准基因z SSIIb及3种常见转基因成分(Ca MV35S启动子、NOS终止子、CP4-epsps基因)为检测靶标,建立基于直接PCR技术的玉米转基因成分筛查方法。此方法不用提取纯化DNA,只需取直径约为0.5 mm的叶片加到PCR反应体系中进行扩增,与常规PCR方法相比,在保证结果准确性的同时,大大缩短检测时间,提高工作效率。此方法具有操作简便、结果可靠等优点,适用于玉米叶片中转基因成分的快速筛查。     

分子改造Cry蛋白基因的转基因玉米创制及其抗虫功能评价

利用结构域交换和密码子优化方法对苏云金芽孢杆菌(Bt)杀虫晶体蛋白Cry1Ab进行合理化设计改造,获得新型Bt蛋白编码基因cry FLIa。利用农杆菌介导法将该基因转入玉米Hi II中,对转基因后代开展分子鉴定和抗性评价等相关工作。结果表明,cryFLIa基因已整合进玉米基因组中,连续3代自交材料检测显示,转基因玉米目标基因正常表达并稳定遗传;蛋白在植株叶片中发育各时期的表达各异,在灌浆期蛋白表达量较高(471.883 ng/g)。室内生测和田间人工接虫试验表明,转cryFLIa基因玉米具有抗亚洲玉米螟的能力。     

用双丙氨酰膦处理转基因水稻植株可防止纹枯病菌侵染

先前,我们已获得的古玉米Uhiquitin启动子——bar基因嵌合表达序列的纯合转基因水稻植株(品种山法师)有高水平的bar基因表选．抗除草剂双丙氨酰膦。将同样的基因序列导入具有经济价值的粳稻栽培品种日本晴的原生质体,获得了该品种的R1代转基因植株。     

过量表达拟南芥GPX3基因提高玉米苗期抗旱性研究

通过农杆菌介导法将拟南芥抗旱基因AtGPX3导入玉米自交系郑58中,用PCR和RT-PCR法对转化玉米进行检测,在水分胁迫下对T₁代转基因玉米和非转基因玉米进行抗旱性分析。结果表明,共得到56株转化苗,检测获得9个株系的30株T₀代转基因阳性植株,抗性植株阳性率为53.6%。RT-PCR检测表明,T₁代有6个株系为稳定遗传阳性株系,并且AtGPX3基因在转基因玉米中表达量大幅度提高。耐旱性分析表明,非胁迫条件下,非转基因和转基因株系中游离脯氨酸（Pro）和丙二醛（MDA）的含量基本无显著差异。在干旱胁迫条件下,转基因玉米叶片的Pro含量高于非转基因玉米,比非转基因株系提高了46.2%;MDA含量低于非转基因玉米,比非转基因玉米下降了34%。通过导入AtGPX3基因,可以提高玉米苗期的耐旱性。     

转基因抗草丁膦油菜籽检测方法研究

应用PCR技术，测试抗草丁膦杂交油菜籽中转入的外源抗草丁膦除草剂基因（BAR）、雄性不育基因（BARNASE）和恢复基因（BARSTAR），通过对PCR产物进行克隆和测序，建立了检测转基因抗草丁膦油菜籽的技术和方法。     

基因枪介导法获得转BtCry1Ac基因抗虫玉米植株的研究

利用基因枪介导法将含有Cry1Ac基因的质粒转入玉米愈伤组织,获得转Bt基因玉米植株,对所获得的转基因植株进行PCR分析和金标免疫试纸鉴定。结果表明,部分转化植株呈阳性,说明目的基因已经整合到玉米基因组中。将转基因植株自交获得T1代种子,对T1代植株进行田间抗虫鉴定,结果表明,与对照相比转基因玉米植株的抗虫活性明显强于非转基因植株。     

玉米单向异交不亲和基因研究进展及其在玉米育种上的应用

玉米单向异交不亲和基因是一种配子体基因(Gametophyte factors,Ga)。Ga基因是影响单倍体配子有性传递的遗传因子,许多带有Ga基因的爆裂玉米可以给不带有Ga基因的马齿型和硬粒型玉米正常授粉结实,反交则通常不结实。Ga基因的这种特性在生产上可以用于特用玉米与普通玉米以及非转基因玉米与转基因玉米之间的生殖隔离,在基础理论上可以用于研究玉米授精过程中的基因互作、信号传导以及雌雄配子间的不亲和机理。