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。     

农业转基因品种利用现状及展望

随着中国转基因核心技术取得突破,已初步建立起水稻、棉花、油菜、玉米、大豆、花生、杨树等主要农作物和林草、花卉、果树等高效、安全转基因技术体系。中国转基因品种得到大面积推广应用的作物首推棉花。目前转基因育种的主要手段有农杆菌介导转化法和外源基因直接导入法。外源基因直接导入法主要有电激法、PEG法和显微注射法。近年来发展起来的还有基因枪法、激光徽束穿刺法、真空渗入遗传转化法和花粉介导法等。随着转基因安全性评估的逐步完善,转基因育种将在农业生产中发挥越来越重要的作用。     

农业转基因品种利用现状及展望

随着中国转基园核心技术取得突破,已初步建立起水稻、棉花、油菜、玉米、大豆、花生、杨树等主要农作物和林草、花卉、果树等高效、安全转基因技术体系.中国转基因品种得到大面积推广应用的作物首推棉花.目前转基因育种的主要手段有农杆菌介导转化法和外源基因直接导入法.外源基因直接导入法主要有电激法、PEG法和显微注射法.近年来发展起来的还有基因枪法、激光微柬穿刺法、真空渗入遗传转化法和花粉介导法等.随着转基因安全性评估的逐步完善,转基因育种将在农业生产中发挥越来越重要的作用.     

转基因大豆进口对我国资源环境和食品安全的可能风险

我国进口转基因大豆的基本情况 转基因大豆,是指利用转基因技术,通过基因工程方法导入外源基因所培育的具有特定性状的大豆品种,转基因大豆可能同时具有高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等多重优点.     

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。     

花粉管通道法转Bar-Bt-1Ab基因到北方优质粳稻的研究

利用抗性外源基因的整合,获得对水稻害虫和除草剂均有一定抗性的的转基因植株,通过对遗传转化过程中各种条件的研究,将Bar-Bt-1Ab基因的高纯质粒DNA通过花粉管通道法转化到松粳9号、龙稻5号等粳稻品种中,并对抗性苗进行了初步筛选鉴定,获得转基因植株,优化北方粳稻高效的遗传转化体系。     

转基因抗除草剂作物及其食品安全性

一、转基因抗除草剂作物的发展抗除草剂作物的创制是植物生物技术应用最广泛的技术之一,大多数抗性品种都是采用分子生物学与植物转移技术将外源基因导入而成,从而使每种植物细胞获得外源基因后繁殖成再生植株。在转基因作物中,发展最快的是抗除草剂作物,其中主要是大豆、油菜、玉米与棉花。1993年第一个抗磺酰脲类除草剂大豆品种在生产中开始应用,1996年抗草甘膦大豆品种推广,1998年抗草铵膦大豆品种试验种植,目前虽然已创制出各种抗不同除草剂的转基因作物,但以抗草甘膦作物的种植面积最大,如2000年美国种植抗草甘膦大豆面积3000万hm2,占…     

转大豆铁结合蛋白基因水稻的初步研究

采用冻融法将含有大豆铁结合基因的质粒pGTV-35S-fer转入农杆菌菌株LBA4404中,以宁夏4个水稻主栽品种为受体材料,通过农杆菌介导法转化水稻愈伤组织,经2轮次除草剂筛选获得了再生植株。经过对转化植株的PCR扩增检测,证明外源大豆铁结合基因已经转入宁夏水稻植株中。大豆铁结合蛋白基因在水稻种子中特异表达,转基因植株种子中的铁含量是未转化植株的1.7~2.2倍。     

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。     

大豆的基因转化方法研究进展

大豆是重要的油料作物和高蛋白粮饲兼用作物。转基因大豆是主要的转基因作物,2011年全球转基因作物面积中转基因大豆占有47%。基因转化技术迅速发展为大豆产业发展奠定了技术支撑。论述了基因枪法、农杆菌转化法以及花粉管通道法的利弊,并分析了转基因大豆的产业化现状,以期为转基因大豆的生产提供参考。     

牛规模化转基因技术体系构建轨迹和展望

随着生命科学研究的不断发展和产业应用需求的扩大,转基因技术从探索生命科学基本规律的重要技术手段之一,正在向生命产业应用的相关领域扩展,其中包括大的家养动物转基因技术产业化应用的探索。论文综述了转基因技术在牛育种上的应用与发展,结合转基因牛在国际上的发展历史,着重介绍了中国在牛的转基因技术体系构建方面的历程和成果。通过引进、整合和创新,将现代动物生物技术融合在一起,建立了安全、高效及规模化的牛规模化转基因技术体系,进而实现了在牛的生产和繁育实践中更为广泛的应用。通过转基因技术对牛进行选育是为了增强抗病能力、改善乳品质、提高乳肉的产量、质量以及作为高效的生物活体反应器生产功能蛋白。目前,中国牛的规模化转基因技术体系基本构建完成,更多深入的工作将集中在目的基因表达量调控和导入的基因安全性控制等方面。所以未来的牛转基因育种工作以 “安全、高效、规模化”为主导,围绕组织特异启动子,优化密码子,调整基因修饰,定点插入基因以及去除筛选标记等工作展开。奶牛的抗病高产是其畜牧产业发展的重要方向,同时作为大型哺乳动物,是动物机体生产活性功能蛋白的重要反应器之一。因此,完善和发展牛转基因动物技术,建立完善的牛规模化转基因技术体系是未来的重要发展方向。     

植物安全转基因技术研究现状与展望

转基因技术是进行基因功能研究和作物遗传改良的重要工具。根癌农杆菌介导转化法和基因枪轰击法是两种主要的遗传转化方法。从1996年首例转基因作物商业化种植以来,2012年全球有28个国家和地区种植转基因作物,种植面积已达1.7亿公顷。随着全球转基因作物的大面积商业化种植,转基因植物的安全性越来越多地受到公众关注。安全转基因技术的研发对于转基因植物的商业化生产具有重要意义。文章详细介绍了目前已报道的安全转基因技术原理及其应用现状。按其作用原理和目的将其分为4类：安全选择标记、标记基因删除及基因叠加、基因漂移防控法和基因定点编辑整合技术。其中,安全选择标记按其筛选原理分为糖代谢相关标记、氨基酸代谢相关标记、激素相关标记和抗逆相关标记。与抗生素和除草剂抗性标记相比,这类标记基因及其表达产物对人和其他生物更安全。标记基因删除及基因叠加技术包括共转化法、位点特异性重组法、转座子法、同源重组法以及基于位点特异性重组的基因叠加技术,其中共转化法又包括农杆菌介导的共转化法和基因枪介导的表达盒共转化法。基因叠加技术为复合性状转基因植物研发奠定了基础,有望成为未来多性状转基因植物研发的重要技术之一。基因漂流防控法包括叶绿体转化法和基因拆分法。基因定点编辑和整合技术包括锌指核酸酶、TALEN和CRISPR/Cas9系统介导的基因定点编辑和整合技术。其中,TALEN和CRISPR/Cas9技术,设计简单,成本低,易操作,靶点分布广泛,有望成为安全转基因研发和应用的重要技术。文章对这些技术原理及其应用现状进行了综述,讨论了其优缺点,并展望了安全转基因技术研发重点和发展趋势。     

大豆规模化转基因技术体系的构建及其应用

大豆是最早进行转基因品种大面积商业化种植的作物,也是目前转基因品种种植面积最大的作物,在食品、营养、工业和医药领域发挥着重要作用。1996-2012年的17年间,全球共累计种植转基因大豆76 310万公顷,给种植户带来了约370亿美元的收益。2013年,共有11个国家种植了8 450万公顷转基因大豆,约占全球转基因作物种植面积的48%,大豆种植面积的79%。尽管抗除草剂转基因大豆已在全球市场占据了主导地位,但长期以来大豆的转基因技术体系一直未能实现重大突破,高效、稳定的转基因技术体系仍是开展转基因品种选育和基因功能研究的瓶颈因素。根癌农杆菌介导的子叶节转化系统和基因枪介导的体细胞胚转化系统是目前最为常用的大豆转基因技术体系。自1988年采用这两种方法几乎同时获得了首批可育转基因大豆植株以来,大量的研究工作者对其开展了改良和优化研究,实现了转化效率的提升和再生方式向胚性悬浮细胞等的拓展,在大豆农艺性状改良和基因功能研究中发挥了作用。文章综述了大豆转基因技术的主要研究进展和问题,比较了大豆不定芽器官发生再生途径、体细胞胚再生途径和原生质体再生途径的特点;归纳了根癌农杆菌和基因枪介导的大豆转基因体系构建研究的典型案例,总结了其在大豆基因型选用、外植体选材、再生方式、筛选策略等技术参数和转化效率。分析认为：尽管通过多年努力,目前,可用于大豆转化的基因型、外植体类型等均有了很大拓展,转化效率也得到了显著提高,在多个报道中获得了超过10%的转化效率,甚至出现了转化效率高达30%以上的研究报道。但这些转化效率数据多数是在样本量较小的试验中获得的,而且在同一研究报道中,不同转化操作重复间的转化效率差异往往很大;在单因素对比试验中获得的高转化效率,往往在多因素整合试验中并没有得到很好的重演。这说明试验中尚有很多难以控制的未知因素对转化效率产生着影响,不同转化操作技术人员的技术熟练程度、操作习惯等人为因素,不同实验室设施设备条件的差别等环境因素,也都会对转化效率产生很大影响,这就造成了同一转化流程在不同实验室间的重演性不佳、不同操作人员间的转化效率差别较大、同一实验室的转化效率稳定性较差等问题,在很大程度上限制了大豆规模化转基因技术体系的形成。文章还概述了中国大豆转基因技术体系构建和转基因材料创制研究工作的发展历程,总结了近年来中国在农艺性状改良转基因大豆材料创制工作中取得的主要进展,并对基因组编辑技术、定点整合技术等新兴转基因技术在大豆中的应用前景进行了展望。     

发展转基因大豆,振兴中国大豆产业

发展转基因大豆有利于改革耕作制度,降低生产成本,提高种植效益,推进科技进步,对于提升我国大豆产业的市场竞争力、保障国家粮食安全、     

抗除草剂转基因大豆的生态安全评价进展

中国是大豆(Glycine max)的起源中心,大豆是中国的重要作物。转基因大豆向环境释放后可能带来的生态风险问题越来越受到人们的重视。中国自然状态下分布着丰富的野大豆(G.soja)遗传资源,转基因抗除草剂大豆能够在自然条件下与野大豆发生基因交流。转基因抗除草剂大豆释放后,由于大量单一使用草甘膦,田间杂草已经进化出了抗药性。大量使用的除草剂以及转基因大豆根际分泌物会对土壤微生物、非靶标生物产生影响,并影响到植物的固氮能力。本文在综述研究进展的基础上,提出了转基因大豆生物安全研究与管理的建议,为我国将来转基因大豆的产业化提供参考。     

棉花规模化转基因技术体系构建及其应用

文中综述了国内外转基因技术在棉花中的应用概况,主要介绍了近年来中国棉花规模化转基因技术体系的建立及应用研究进展,并对棉花转基因技术中存在的主要问题和未来发展趋势做了相关陈述。对棉花科研工作者了解棉花转基因研究进展并有效利用转基因技术开展工作具有重要意义。转基因技术在克服棉铃虫危害上取得了巨大成功,并将逐步在棉花抗病、抗逆等方面取得重要进展。世界上,棉花转基因初期主要建立了以珂字棉为受体的转基因体系,随着雷蒙德氏棉、亚洲棉、海岛棉、陆地棉等其他棉种组织培养体系的建立,农杆菌介导法、基因枪轰击法、花粉管通道法及其他转基因方法的应用,使得棉花转基因技术研究取得长足的进步。中国棉花规模化转基因技术体系主要是依托中国农业科学院棉花研究所及其他科研单位建立起来的,通过高效转化载体的筛选、主要棉花品种（系）的转基因技术体系的建立、组织培养条件的优化等措施,重点对农杆菌介导法转化棉花技术进行了改良,同时优化了基因枪轰击法及花粉管通道法转化技术,形成了三位一体的棉花规模化转基因技术体系。该体系建立了以中棉所24等材料为转基因受体的农杆菌介导体系,并利用叶柄组织培养筛选获得了组织培养分化率达100%的新材料W12等,使转化率提高到原有效率的2.88倍,同时建立了基因枪胚性愈伤组织轰击转化体系,并提高了花粉管通道的转化效率。该体系为棉花育种提供了大量材料,中国农业科学院棉花研究所已培育多个棉花抗虫新品种,并为国内41家科研单位转化基因200多个,验证了多个功能基因作用获得大量育种价值新材料。笔者认为基因型依赖性仍然是限制棉花规模化转基因技术发展的瓶颈,扩大棉花转基因受体材料基因型范围、提高转化效率、扩大转化规模是棉花转基因技术体系的长久主题。同时,为提高效率和降低安全性的公众焦虑,探索和发现新的更为安全和有效的转化体系,如多基因共转化、质体遗传转化、定点转化或基因叠加、开发安全型转化技术等研究引起人们的普遍关注,是未来棉花转基因技术的发展趋势。大量新基因处于材料阶段,同时安全性评价要求提高也需要转基因材料深入的研究。随着棉花基因组序列的公布,棉花自身基因的克隆将会成为棉花基础研究和应用研究的新方向,对于促进转基因棉花新品种培育和功能基因转化研究具有重要参考价值。     

抗除草剂转基因玉米研究

文中对抗除草剂转基因玉米的研究进行了综述。抗除草剂转基因玉米的转化方法主要有基因枪法和农杆菌介导法,其中基因枪法是转基因技术中经常使用的方法;也是在玉米中应用最成功的方法;农杆菌介导法因其具有费用低、拷贝数少、基因沉默现象少、能转化较大片段、遗传稳定性较高、再生植株可育性较好等优点也越来越受到重视。通常以Bar基因作为标记基因,采用喷施除草剂和PCR检测相结合的方法对抗除草剂转基因玉米进行检测和筛选。抗除草剂转基因玉米的安全性问题主要涉及演化为田间杂草的可能、基因漂移和田间杂草的抗药性3个方面。     

大豆分子育种研究新进展

分子育种是当今世界大豆产业发展的主要推动力,已成为国际大豆种业竞争的核心技术。介绍了2012-2013年间国内外大豆分子育种研究的新进展：以高通量测序为基础的功能基因组学研究更深入、更广泛;克隆并验证了与开花、产量、结瘤和抗逆性等重要性状相关的基因;发掘出一批新的分子标记或QTL,强化了传统分子标记与新技术、新方法的有机结合;在遗传转化体系优化方面取得了一些新进展,并在大豆中对一些目标基因进行了功能鉴定;一批具有抗虫、耐除草剂等单一及复合性状的转基因大豆新品种获得多国安全认证,允许进口食用、饲用或商业化种植,并对今后一段时间内大豆分子育种领域的发展趋势进行了展望。