小麦抗旱的分子标记、基因定位和基因工程研究进展

综述了与小麦抗旱相关的分子标记、基因定位和基因工程研究进展。作物抗旱性是复杂的数量性状,利用分子生物学技术对抗旱相关的性状进行研究,有利于阐明其遗传基础,为进一步应用现代生物技术进行小麦抗旱性改良提供理论基础,目前小麦抗旱的分子标记尚未和育种工作紧密结合,对这种现象的原因进行了分析,提出了解决问题的办法。基因工程从渗透调节物质、Lea蛋白、转录因子3个方面进行小麦抗旱性改良,转录因子是目前转基因抗旱育种的一个发展方向。     

抗旱节水小麦分子遗传育种研究进展

干旱缺水等自然灾害会导致小麦产量年度间变幅较大,尤其在小麦主产区黄淮地区更为严重。小麦抗旱节水育种是应对干旱的重大措施。本综述对小麦抗旱节水常规育种、抗旱节水分子遗传育种相关性状QTL定位、抗旱相关功能基因克隆鉴定、转基因等方面的研究进展进行了综述。水旱亲本杂交与异地交叉选择是卓有成效的常规育种方法,通过分子标记鉴定了关于根重、根长、胚芽鞘、高水分利用效率等相关性状的大量QTL;42个抗旱相关基因被克隆并进行基因功能分析和验证,均从不同代谢通路上影响着小麦抗旱性;14个来自不同供体的抗旱相关基因被研究者导入小麦品种后,转基因小麦植株的抗旱能力均得到不同程度的提高,部分植株在产量和其它抗逆性方面也得到提高。以上研究进展为抗旱节水小麦分子设计育种提供了理论依据和发展方向。     

抗旱基因在小麦抗旱基因工程中的应用进展

干旱严重影响小麦的生长发育及产量,小麦抗旱育种是保障小麦生产的重要措施,利用基因工程技术提高小麦抗旱性是优于传统育种的有效途径。抗旱基因主要包括调节基因（蛋白激酶、蛋白酶和转录因子基因）和功能基因。目前,已证实的可提高小麦抗旱性的基因主要为转录因子基因CBF/DREB1、MYB、NAC（NAM、ATAF1、ATAF2和CUC2）、HD-Zip和WRKY等和功能基因LEA蛋白基因、甜菜碱合成酶基因和海藻糖合成酶基因等。本文从转录因子基因和功能基因2个方面概述国内外利用基因工程技术提高小麦抗旱性的研究进展,并对目前存在的问题进行分析,以期为小麦抗旱遗传改良及育种提供参考。     

禾本科主要作物抗旱相关基因及转基因研究进展

干旱是限制作物生长和产量的重要因素之一,为提高禾本科主要作物水稻、小麦、玉米、甘蔗的抗旱能力,本研究从植物抗旱机理出发,归纳了植物抗旱相关的功能基因、转录因子以及信号因子。综述了水稻、小麦、玉米、甘蔗抗旱相关基因挖掘以及抗旱转基因的研究进展,针对今后作物抗旱性的研究,提出了开展逆境植物重要抗旱基因资源挖掘、构建多基因共表达系统以及开展科学、标准的转基因抗旱鉴定指标评价体系研究的建议。     

科学家培育出抗旱转基因小麦

<正>由中国农业科学院作物科学研究所开展的抗旱节水转基因小麦新品种培育研究日前取得最新成果。该项目培育的转基因小麦新品系水分利用效率提高15%以上、产量提高10%以上,具有较大的生产应用潜力。据项目负责人、中国农科院作科所研究员马有志介绍,植物抗旱性是由多基因控制的复杂性状,常规育种难度大、周期较长,对多基因控制的复杂性状的分子标记技术也尚未取得突破。通过提高一个对抗旱     

小麦干旱相关转录因子的基因表达与功能分析

明确小麦的抗旱特性，研究干旱胁迫对小麦生理生化指标的影响，对提高旱地小麦产量具有指导意义。本研究以9种抗旱性不同的小麦品种为材料，利用20%聚乙二醇(PEG)处理小麦72 h后，检测和分析3个转录因子基因TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达水平和小麦抗旱性指标。结果表明，在干旱耐受型品种中TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的基因表达量均高于干旱敏感型品种，并且在干旱胁迫下TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达量与丙二醛含量极显著负相关，与相对含水量、可溶性蛋白和可溶性糖含量显著正相关，推测TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达量可作为评估小麦抗旱性的参考指标。     

小麦干旱相关转录因子的基因表达与功能分析

明确小麦的抗旱特性，研究干旱胁迫对小麦生理生化指标的影响，对提高旱地小麦产量具有指导意义。本研究以9种抗旱性不同的小麦品种为材料，利用20%聚乙二醇(PEG)处理小麦72 h后，检测和分析3个转录因子基因TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达水平和小麦抗旱性指标。结果表明，在干旱耐受型品种中TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的基因表达量均高于干旱敏感型品种，并且在干旱胁迫下TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达量与丙二醛含量极显著负相关，与相对含水量、可溶性蛋白和可溶性糖含量显著正相关，推测TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达量可作为评估小麦抗旱性的参考指标。     

小麦干旱相关转录因子的基因表达与功能分析

明确小麦的抗旱特性，研究干旱胁迫对小麦生理生化指标的影响，对提高旱地小麦产量具有指导意义。本研究以9种抗旱性不同的小麦品种为材料，利用20%聚乙二醇(PEG)处理小麦72 h后，检测和分析3个转录因子基因TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达水平和小麦抗旱性指标。结果表明，在干旱耐受型品种中TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的基因表达量均高于干旱敏感型品种，并且在干旱胁迫下TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达量与丙二醛含量极显著负相关，与相对含水量、可溶性蛋白和可溶性糖含量显著正相关，推测TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达量可作为评估小麦抗旱性的参考指标。     

转水稻OsSIK1基因玉米植株的获得及抗旱性分析

类受体激酶基因Os SIK1具有通过激活抗氧化系统,增强水稻对于干旱和盐胁迫抗性的作用。为了丰富可利用的作物抗旱基因,获得具有较高抗旱水平的玉米新种质,通过超声波辅助花粉介导法,将水稻类受体激酶基因Os SIK1导入玉米自交系郑58中,并对转化株进行卡那霉素筛选及T1、T2、T3的PCR及Southern Blotting杂交等分子检测,获得转化植株并在T3获得转基因纯合株系。对T3转基因玉米和非转基因玉米对照以16.1%的PEG模拟水分胁迫进行抗旱性分析。结果表明,与对照相比,在水分胁迫处理下,转基因玉米株系叶片相对含水量提高了7.4%~19.8%,叶绿素含量提高了11.3%~106.9%,SOD活性上升45.8%~93.4%,而转基因玉米叶片的相对电导率下降了35.4%~58.1%,MDA含量下降了25.7%~50.4%,说明转Os SIK1基因玉米植株抗旱性得到提高,其中,5个转化株系与对照在抗旱性方面有显著差异,且生长状况明显优于对照。综上所述,研究最终获得5个转Os SIK1基因玉米株系,并证明导入水稻Os SIK1基因可以提高玉米植株的抗旱性。     

小麦干旱相关转录因子的基因表达与功能分析

明确小麦的抗旱特性，研究干旱胁迫对小麦生理生化指标的影响，对提高旱地小麦产量具有指导意义。本研究以9种抗旱性不同的小麦品种为材料，利用20%聚乙二醇(PEG)处理小麦72 h后，检测和分析3个转录因子基因TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达水平和小麦抗旱性指标。结果表明，在干旱耐受型品种中TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的基因表达量均高于干旱敏感型品种，并且在干旱胁迫下TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达量与丙二醛含量极显著负相关，与相对含水量、可溶性蛋白和可溶性糖含量显著正相关，推测TaNAC2、TabZIP15和TaSIM的表达量可作为评估小麦抗旱性的参考指标。     

香蕉MaASR1基因通过ABA途径提高拟南芥抗旱性的作用机制

香蕉MaASR1基因在植物响应逆境胁迫时发挥着重要作用,为了进一步研究MaASR1基因转入拟南芥后增强其抗旱性的分子机制,运用DNA芯片技术来筛选野生型的拟南芥和转MaASR1基因的拟南芥在不做任何处理和干旱胁迫处理条件下的差异基因。对基因芯片中与ABA途径相关的上调和下调大于2倍的差异基因进行了荧光定量PCR的验证,实验结果发现在以上两种处理条件下,转MaASR1基因的拟南芥体内ABA的生物合成量比野生型拟南芥低,而ABA的降解量却升高。当受到干旱胁迫时,转基因拟南芥体内ABI5和ABF1基因的表达量会得到提高,而ABI5基因可以赋予转基因拟南芥株系耐旱性和抗旱性的功能是因为LEA类的蛋白被其调控表达和提高了ABA诱导基因的表达水平。ABF1基因发挥其提高转基因株系抗旱性的功能则可以通过参与ABA信号途径以及与其它的ABI类基因共同作用来实现。除此之外转基因拟南芥株系抗旱性的提高,与CBL/CIPK复合物参与的胁迫应答途径无关。以上结果为解析MaASR1基因作为转录因子通过ABA途径提高植物抗旱能力的分子机制奠定基础。     

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。     

转TaEBP基因小麦的回交转育研究

本研究以转TaEBP基因的新春9号小麦T 4代株系为供体,通过回交育种的方法将与抗逆相关的TaEBP转录因子基因导入黄淮麦区的7个主栽或主推小麦品种中,利用温室快速加代和目的基因PCR分子跟踪检测技术,实现了一年四代的快速繁育,在一年内获得了转基因回交三代株系群。PCR分析结果显示,TaEBP基因在杂交F1代植株中阳性率平均在72.3%以上,在6个轮回亲本的回交后代中基本符合1∶1分离比率,在刑麦六号的BC3F2代中呈3∶1分离,外源TaEBP基因的分布符合一对显性等位基因扩增结果的遗传分离比例;PEG-6000胁迫条件下,对3个来自刑麦6号BC3F2代的回交导入系苗期抗性鉴定显示,3个转基因回交导入系的抗旱性明显提高。表明利用转基因材料通过回交转育、快速加代和分子跟踪检测是快速定向改良小麦品种的性状、获得新的转基因小麦的一条有效途径。     

转基因技术在小麦遗传改良中的应用

概述了自第一株转基因小麦问世以上转基因小麦研究取得的巨大进展,简要介绍了基因枪法、农杆菌介导法和花粉管通道法等基因转化方法,对转基因技术在获得抗除草剂、抗病虫、抗逆、改良品质和雄性不育转基因小麦植株等方面的应用情况进行了回顾,指出了转基因小麦研究中存在的主要问题,展望了转基因小麦前景。     

甘蔗转基因研究进展

甘蔗转基因研究涉及的基因和转基因方法均较多,文章着重从转入BT、GNA和蛋白酶抑制剂基因以提高甘蔗抗虫性;转入病毒外壳蛋白基因和解毒基因提高甘蔗抗病性;转入bar和pat基因来抗以Basra和Buster为主要有效成份的除草剂;转入海藻糖合酶基因以提高甘蔗植株的抗旱性等几方面的转基因研究概述了甘蔗转基因抗性研究进展.转入可溶性酸性转化酶反向cDNA和抑制多酚氧化酶活性等的基因以抑制甘蔗植株中酸性转化酶活性及多酚氧化酶活性,期望以此来提高甘蔗植株中蔗糖含量和改良蔗糖色泽的转基因研究,转入PFP-β基因以期增加甘蔗植株中蔗糖积累的转基因研究;转入编码不同蛋白的基因以期应用甘蔗作为生物反应器生产药用蛋白等的转基因研究等几个方面概述了甘蔗转基因研究进展,并对甘蔗转基因研究中存在的问题及前景提出了展望.     

兼抗全蚀病和白粉病小麦新种质的创制与鉴定

TaLTP5是从小麦中分离到的一个脂质转移蛋白编码基因。利用基因枪介导法将TaLTP5表达载体pA25-TaLTP5转入抗白粉病的小麦品种扬麦18 (含抗白粉病基因Pm21)中, 旨在选育兼抗全蚀病和白粉病的小麦新种质。对转基因小麦T₀~T₃代植株中引入TaLTP5基因进行分子检测和抗病性鉴定。PCR检测、Southern杂交分析结果表明, 外源TaLTP5基因已转入、整合到3个转基因小麦株系的基因组中, 并能稳定遗传; 荧光定量RT-PCR的分析以及全蚀病菌的接种与鉴定结果表明, 与受体小麦扬麦18相比, 这3个转基因小麦株系中TaLTP5表达量显著提高, 其对全蚀病的抗性也明显增强。对3个转基因株系的Pm21分子标记和白粉病抗性鉴定表明, 外源TaLTP5基因的导入没有影响受体小麦对白粉病抗性, 说明这些转基因株系为兼抗全蚀病和白粉病小麦新种质。     

DREB1B基因在转基因小麦后代的稳定表达

本研究对基因枪导入了pBAC128F/R质粒(含有玉米Adh1内含子1的CaMV35S启动子驱动的bar基因作为选择标记,以来自拟南芥菜逆境诱导表达类型--亲水蛋白rd29b基因的启动子驱动脱水应答转录因子DREBIB基因的逆境诱导表达类型质粒)的T4代转基因小麦进行了稳定表达研究.PCR、PCR-Southem和Southern杂交分析表明,外源转录因子DREBlB基因已稳定整合到转基因株系的基因组中.半定量RT-PCR结果表明,部分转基因株系的DREB1B基因的相对表达量有所增强.叶片除草剂抗性检测结果显示有8个转基因株系可抗到150 mg/L.叶片脯氨酸含量测定结果表明,有4个株系(编号为1,18,30和76)的脯氨酸含量提高幅度较大,同一株系,干旱与未干旱处理相比,脯氨酸含量提高了3～5倍.干旱处理后的转基因植株与非转基因植株相比,脯氨酸含量高2～3倍.在干旱条件下,T4代田间小区产量统计数据分析结果表明,有4个转基因株系(编号为30,51,70和76)的产量与非转基因植株相比有显著增加.研究表明,利用逆境诱导型rd29b基因的启动子来增强外源DREB1B基因的表达,能显著改良小麦的抗旱性.     

转TiERF1-RC7双价基因小麦的鉴定及其全蚀病抗性

为探讨TiERF1和RC7基因对小麦抗全蚀病的防御反应,本研究对转TiERF1-RC7双价基因小麦进行了分子检测以及全蚀病抗性的室内和田间鉴定。结果表明,转入的TiERF1和RC7基因在转基因小麦中可以遗传和转录;与受体扬麦18相比,5个转TiERF1-RC7小麦株系在整个生育期抗病性显著提高,苗期的全蚀病严重度在10%以下,成熟期的白穗率在13%以下,而扬麦18的严重度为62.98%,白穗率为26.09%。电子显微镜观察结果表明抗病转基因小麦根表的全蚀病原菌菌丝数量及生长势明显低于感病材料。上述结果说明,转入的TiERF1和RC7基因抑制了全蚀病原菌的侵染及在转基因小麦中繁殖,进而提高了转基因小麦对全蚀病的抗性。     

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。