棉花遗传转化研究进展及其应用

外源基因遗传转化技术已成为棉花突变体创造、新资源创制以及新品种选育的重要手段。目前,常用的遗传转化方法主要有花粉管通道法、基因枪轰击法、农杆菌介导法和PEG介导法等。用于棉花遗传转化的外源基因有抗虫基因、抗病基因、抗逆基因、抗除草剂基因以及棉纤维品质基因等,当前主要是抗虫基因。遗传转化的主要体系有:以体细胞胚为受体的转化体系;以下胚轴为受体的转化体系以及最新发展的叶绿体转化体系。转基因抗虫棉的培育成功是棉花分子育种的重大突破。2005年,全世界转基因抗虫棉种植面积近1000万hm2,占全世界棉花总种植面积的近30%;我国为420万hm2,占我国当年棉花总面积的73%,转基因抗虫棉的推广应用有力地促进了棉花生产的发展。     

我国抗虫棉新品种达到国际领先水平

由中国农业科学院棉花研究所科技贸易公司承担的国家计委高技术产业化生物技术专项——“转基因抗虫棉种子产业化”项目,日前取得重大进展。该项目的成功实施,不仅建成了包括技术创新、中间试验、良种繁育、种子加工、质量监控和营销推广6大体系,还培育成功中棉所37、38、39、41等多种类型的转基因抗虫棉新品种,使我国在转基因抗虫棉领域达到国际领先水平。 该项目利用我国自行研制并拥有自主知识产权的Bt杀虫基因、双价(Bt+CpTI)杀虫基因等,以农杆菌介导法、花粉管通道法、基因枪轰击法等遗传转化技术方法.并结合常规育种技术,育成了多种类型的转基因抗虫棉新品种。据中     

小麦规模化转基因技术体系构建及其应用

在主要农作物中,小麦属于遗传转化比较困难的作物,转化效率较低,重复性较差,转化规模较小,优良转基因材料较少,基因工程育种进程明显落后于大豆、玉米、棉花、水稻等作物。目前,应用于小麦中的转基因技术主要包括基因枪介导法和农杆菌介导法,有些实验室也采用花粉管通道、离子束注入、激光微束穿刺、PEG、花粉介导和农杆菌浸花等方法。在外植体利用方面,多数研究主要利用小麦幼胚及其愈伤组织作为起始转化材料,以成熟胚、幼穗、花药愈伤组织为材料转化成功的报道还比较少,需要进一步探索。在转化效率方面,基因枪报道为0.1%-16.7%,农杆菌报道为0.7%-44.8%,变化幅度较大。在目标基因转化方面,除了nptⅡ、bar、hpt、GUS、GOX、pmi、ALS等筛选基因和报告基因外,转化的功能基因主要涉及小麦品质、抗病性、耐旱性、抗蚜虫和抗除草剂等性状改良。农杆菌介导和基因枪介导转化小麦幼胚的转化效率除与受体基因型有关外,还与受体材料的生理状态有关,供体植株生长期间的温度条件、光照条件、营养条件和水分条件对转化效率有至关重要的影响,开花到幼胚取样期间适宜的昼夜温度有利于转化后胚性愈伤组织诱导和候选转基因植株的获得。从整体水平看,中国小麦转基因技术研究虽然取得了较大进展,如建立了小麦成熟胚高频率再生体系并应用于小麦转化,改进了小麦幼胚再生体系和转化体系,将一批抗病、耐旱和品质改良相关基因转入小麦,初步建立了小麦规模化转基因技术体系,但与国际先进水平相比,尤其与一些跨国生物技术公司相比,在转化规模和转化效率方面仍然存在较大差距。认为转化效率较低、基因型依赖性强、人工气候条件不够先进、转化队伍不稳定是限制中国小麦规模化转基因技术发展的瓶颈;建立主栽品种转化体系、提高转化效率、开展多基因转化、开发安全型转化技术、避免载体骨架序列插入、减少基因沉默、实现定点整合等是小麦转基因技术研究的发展趋势;通过对组织培养技术、植株再生和转化相关基因的研究,以及优良受体基因型筛选、培养基改良和各个转化影响因素的优化、集成等,克服农杆菌转化小麦的瓶颈,提高小麦转化效率,扩大转化规模。文章重点综述了基因枪和农杆菌转化技术在小麦中的应用和发展,回顾了近5年中国小麦规模化转基因技术研究进展,对于促进转基因小麦新品种培育和小麦功能基因组学研究具有一定参考价值。     

花生组织培养及遗传转化研究进展

概述了近年来国内外花生组织培养与遗传转化的主要研究进展。花生的再生体系已有不少成功报道,但仍存在基因型差异大、再生率低、生长慢等问题。通过农杆菌介导法、基因枪轰击法和花粉管通道法等途径的遗传转化也获得了成功,但应用创新种质资源及其利用还有待加强。指出建立高效稳定的花生再生体系和遗传转化创新种质是今后的研究重点。     

水稻规模化转基因技术体系构建与应用

水稻作为重要的粮食作物和遗传转化的模式植物,其遗传转化一直受到广泛重视。自世界首例转基因水稻于1988年获得成功以来,水稻遗传转化技术体系迅猛发展,尤其是1994年首次通过农杆菌介导实现对粳稻的高频转化,经过近20年的发展,水稻遗传转化技术体系已经比较完善。目前,应用于水稻中的转基因技术主要包括基因枪介导法和农杆菌介导法,一些实验室也采用花粉管通道法、电击法、PEG转化法等。其中,农杆菌介导的转基因方法以其低成本、易操作、转化效率高、单位点插入比例高、后代表达稳定等特点已经成为水稻转化的主流方法,约占水稻转基因报道总数的80%以上。虽然国内外刊物时有转基因方法改进的报道,但是由于种种原因,水稻的转化还受一些因素的限制,例如部分粳稻品种和籼稻受基因型的限制十分明显,转基因效率普遍较低,严重制约了转基因技术在水稻生产中的应用;某些转基因程序过于繁琐,耗时长,成本高,不但导致效率低,而且长时间的组织培养诱发逆转座子转座引起无性系变异干扰了功能研究和育种工作。因此,迫切需要建立高效、安全、规模化和标准化的水稻转基因技术体系。文章综述了国内外水稻转化技术的发展历程,重点回顾了近5年中国水稻规模化转基因技术研究进展,包括围绕不同水稻基因型高效转化体系优化及建立,对影响农杆菌转化效率及植株分化频率等诸多因素如水稻基因型、外植体类型、农杆菌菌株和质粒载体、培养基组分、共培养时间、侵染方式等方面的研究和探索。整合国内外已有研究结果进行技术集成创新,分别以粳稻和籼稻成熟胚、幼胚为外植体,采用农杆菌转化方法,通过优化受体材料和愈伤状态、农杆菌侵染浓度和分化温湿度、工艺流程标准化等多种组分,突破了成熟胚分化难的技术瓶颈,整合了无选择标记等安全转基因技术,实现了粳稻和部分籼稻转化技术的标准化和工厂化,初步建立了安全、高效、规模化水稻转基因技术体系。但与国际先进水平相比,尤其与一些跨国生物技术公司相比,在转化规模和转化效率方面仍然存在较大差距。认为安全、高效、规模化是转基因水稻新品种培育和产业化的重大技术瓶颈。建立水稻主栽品种快速、高效、稳定的转化系统,开发安全型转化技术,开展多基因、大片段基因转化,实现转基因的定点整合和时空控制表达等是水稻转基因技术的发展趋势,针对水稻规模化转基因技术体系存在的问题,提出了相应的对策,对于促进转基因水稻新品种培育和功能基因组学研究具有一定参考价值。     

我国转基因棉花育种概况与展望

阐述了我国转基因棉花育种技术 ,包括农杆菌介导法和花粉管通道法 ;概述了选育的转Bt基因抗虫棉、转基因抗虫杂交棉、双价转基因抗虫棉及转基因抗病虫棉的优系材料 ;对转基因抗虫棉的特征特性及存在问题进行了分析 ,展望了转基因棉花育种的发展趋势。     

一种利用花粉管结合农杆菌介导方法将iaaM基因导入玉米自交系的研究

[目的]利用花粉管结合农杆菌介导方法将iaaM基因导入玉米自交系。[方法]利用电击转化法将iaaM基因的表达载体转入农杆菌LBA4404菌株中,通过花粉管通道法将验证正确的菌株直接转化京24玉米自交系,最后通过除草剂筛选及PCR检测得到阳性植株。[结果]试验共得到12株抗性植株,其中10株为阳性植株。[结论]该研究成功建立了一种无需组织培养体系,直接利用花粉管通道进行农杆菌介导的玉米转化方法。     

高新技术在棉花育种上的应用及进展

棉花生物技术在基因工程方面取得了较大进展.基因工程中,随着农杆菌介导法、花粉管通道法、基因枪轰击法等技术的突破,在棉花抗病虫害、抗除草剂等方面的育种获得成功,相应的新品种已开始了商业化生产.中国棉花生物技术在抗棉铃虫等方面达到世界领先水平.作者结合该实验室的研究工作,综述了生物技术在中国棉花育种中的应用进展,分析了中国棉花生物技术存在的主要问题,提出了相应的发展对策.     

小麦转基因研究进展

综述了自第一株转基因小麦报道以来,利用不同的外植体,通过基因枪法、农杆菌介导法、花粉管通道法等技术,将抗病虫、抗除草剂、抗逆以及提高品质的基因转化到小麦中的研究进展。讨论了基因枪法、农杆菌介导法和花粉管通道法在小麦转基因中的应用现状及其存在的主要问题与对策。     

甘蔗抗虫转基因研究进展*

 甘蔗是重要的糖料和能源作物,甘蔗生产中鳞翅目害虫(大螟、二点螟等)和同翅目害虫(甘蔗绵蚜等)的危害已成为其持续、稳定和健康发展的严重障碍。甘蔗组织培养和离体再生等技术体系比较成熟，十分有利于基因工程改良，利用基因枪转化和农杆菌介导法等已经建立了多种甘蔗受体系统与转化系统，成功获得甘蔗转基因植株。综述了甘蔗转基因技术、抗虫基因以及甘蔗抗虫转基因研究进展。     

玉米规模化转基因技术体系构建及其应用

玉米是世界种植范围最广、产量最高的粮食作物,为保证世界粮食安全做出了重要贡献。但是病虫害、杂草、干旱、盐碱等生物或非生物胁迫严重影响了玉米生产。培育具有抗虫、抗除草剂、抗病等性状的转基因玉米品种并应用到实际生产中,能够减少玉米产量损失,减少农药化肥使用量。玉米规模化转基因技术体系研究发展迅速,获得的抗虫、抗除草剂转基因玉米已在国外商业化种植18年,带来巨大的经济、社会和生态效益。全球转基因作物种植面积从1996年的170万公顷增加到2013年的1.75亿公顷。转基因玉米新品种培育需要较成熟的玉米规模化转基因技术体系。目前,商业化种植的转基因玉米都是从大量转基因玉米中选择的,具有外源基因单拷贝插入、遗传稳定、无载体骨架插入、目的基因表达合适、对玉米自身性状无影响等特点。国外大公司及部分公立研究机构建立了相对成熟的玉米转基因技术体系。中国玉米转基因技术体系研究起步较晚,目前初步建立了玉米规模化转基因技术体系,有必要进一步提高玉米遗传转化效率及规模化程度。玉米规模化转基因技术体系采用的主要方法是基因枪法和农杆菌介导法。文章详细介绍了2种方法的原理、发展过程及其应用。农杆菌介导法是目前最主流的植物遗传转化方法,具有成本低、外源基因拷贝数低、外源基因能稳定遗传表达等特点,更适用于规模化转基因技术体系。中国在玉米转基因技术体系研究及应用方面有很好的进展,在转基因受体材料选择、农杆菌侵染方法优化等方面对农杆菌介导的玉米遗传转化方法进行了系统优化,以国际上常用的玉米杂交种HiII及中国玉米优良自交系综31等为转化受体,建立了基于幼胚的玉米规模化转基因技术体系,并很好地应用于转基因玉米新品种的创制,获得大量具有生产应用价值的抗虫、抗除草剂转基因玉米。文章展望了玉米转基因技术体系的发展趋势,认为商业自交系作为外植体的筛选、转化事件单拷贝率的提高、无载体骨架序列转基因的提升、多基因转化技术、基因打靶技术、基因编辑技术及安全转化技术等方面是玉米转基因技术发展的趋势。中国应紧跟玉米转基因技术发展趋势,大力发展多基因转化技术、基因打靶技术及安全转化技术,使转基因玉米技术体系更好地服务于基因功能研究、转基因玉米产品研发等。中国通过玉米规模化转基因技术体系获得的转基因玉米将来进入产业化应用,将带来巨大的经济效益、社会效益和环境效益,并将推动玉米转基因技术体系的进一步发展。文章为玉米转基因技术体系优化和转基因玉米新材料获得等方面的研究提供一定的参考。     

大豆遗传转化方法及再生体系研究进展

转基因技术作为现代生物技术之一,在基因功能研究和转基因育种方面取得重要进展。大豆基因组测序之后,大豆功能基因组学发展迅速,挖掘控制重要性状的基因用于转基因育种受到广泛关注。随着转基因大豆新品种培育重大专项的实施,我国建立了基因克隆、遗传转化、功能研究、转基因品系安全评价等转基因育种研究技术体系和监管体系。其中,转基因大豆遗传转化技术体系的研究取得了较快的进展,主要集中在高效、稳定遗传转化再生体系的建立和优化,大豆遗传转化方法的探索和优化等方面。对大豆遗传转化体系、转化方法和转化效率等因素进行阐述,可为大豆基因功能研究和转基因新品种培育相关研究提供参考。     

Advancements in plant regeneration and genetic transformation of grapevine(Vitis spp.)

Grapevine(Vitis spp.) is one of the most economically important fruit crops worldwide, and there is considerable interest in improving its major agronomic and enological traits in response to ever-changing agricultural environments and consumer demands. Molecular genetic techniques in particular, associated with rapid technological advancements, provide an attractive alternative to conventional breeding approaches for developing new grapevine varieties with enhanced yield performance, quality, stress tolerance and disease resistance. To date, several grapevine varieties have been transformed with genes associated with diverse functions through biolistic bombardment and/or Agrobacterium-mediated transformation, and transgenic grape lines have been obtained using established regeneration systems. Nevertheless, a wide range of factors, including genotype, explant source and culture medium, have been shown to affect the efficiency of plant regeneration. Moreover, the selection and use of acceptor materials, bacterial strain and cell density, selectable markers and selection methods also influence transformation efficiency. This paper provides an overview of recent advances in grapevine regeneration and genetic transformation and in-depth discussion of the major limiting factors, and discusses promising future strategies to develop robust plant regeneration and genetic transformation in grapevine.     

中国转基因棉花研发应用二十年

转基因技术是指利用重组DNA原理,将优良目的基因整合到靶标生物基因组中,并使靶标生物得以表达目的性状的技术。这一技术克服了生物有性杂交的限制,使物种间基因交流的范围无限扩大,既可以从原核生物到真核生物,也可以从单细胞生物到多细胞生物,还可以从低等生物到高等生物,反之亦然。因此,这项技术自发明以来,即广泛应用于农业、林业、医学等领域,为其研究开辟了一个全新的时代。转基因植物是以农杆菌等为媒介,将来源于动物、植物或微生物等其他生物甚至人工合成的外源基因转入基因组中,使之稳定遗传并赋予其靶标性状,如抗病、抗虫、抗逆、高产、优质等的植物。以1972年构建第一个重组DNA分子为契机,1983年首次获得转基因烟草为起点,植物转基因技术在近30年的时间内发展迅猛,至今已有200多种植物已成功获得转基因株系,40多种数千例转基因植株进入田间试验。根据国际农业生物技术应用咨询服务中心（ISAAA）统计,全球转基因植物的种植面积由1996年的260万hm2已经迅速增到2014年的1.815亿hm2,累计种植面积大约比中国国土总面积还多80%。在全球转基因植物研发和应用迅猛发展的同时,中国也先后批准了7种转基因植物的生产应用,其中,抗虫棉是唯一大规模应用的转基因农作物。从1994年中国研制成功国产单价抗虫棉（GK）,以及1995年美国保铃棉进入中国至今,抗虫棉已经在中国推广应用了近20年的时间。文章介绍了这20多年来,中国科学家在抗虫、抗旱耐盐碱、抗除草剂、抗病以及纤维品质改良等性状方面所取得的转基因棉花研究进展;在农杆菌介导、基因枪轰击、花粉管通道介导、茎尖或芽尖转化、农杆菌液浸染和纳米载体花粉介导等不同转化技术上所进行的探索;同时,介绍了中国转基因植物的安全性评价状况,并从抗虫棉品种审定、发展趋势和产业化状况几个方面,介绍了转基因抗虫棉在中国的应用,最后对未来转基因棉花研究方向进行展望。     

关于优化棉田农作制度的思考

根据长江中下游棉区优越的自然资源气候特点和丰富的农作物品种资源,建议优化棉田农作制度,改进耕作栽培技术,并从合理复种布局、选择适宜作物品种、育苗移栽、科学施肥与化控、控制间套作物密度、优化病虫防治方式等方面提出了发展对策。因地制宜的发展棉田棉、粮、菜间作套种复种技术,能提高土地利用率和资源产出率,达到间套作物平衡增产,从而提高棉田整体经济效益,实现棉农增收的目的。     

棉花农杆菌介导法转化机理及研究进展

在农杆菌中Ti质粒上的若干重要区域共同作用下 ,将经改造的含有目的基因的T -DNA片断导入植物基因组中 ,并得以表达。采用农杆菌介导法 ,山西省农业科学院棉花研究所已将多个外源基因导入棉花中 ,获得转化品种与品系。