根癌农杆菌介导水稻遗传转化研究进展及展望

自1994年建立了农杆菌介导的粳稻高效遗传转化体系以来,在短短十几年里取得了飞速发展。概述了农杆菌介导水稻遗传转化的研究历史和原理、影响农杆菌介导水稻转化体系的重要因素、转基因水稻的特点和外源基因的稳定性,并探讨了农杆菌介导水稻遗传转化研究中存在的问题与对策。     

农杆菌介导籼稻遗传转化研究的进展及策略

近年来,农杆菌介导法转化技术已广泛应用于粳稻遗传转化中。但是对籼稻遗传转化相对困难,由于水稻两个亚种遗传差异大,籼稻对转化反应的基因型依赖性强,愈伤组织诱导及分化率低。本文扼要回顾了农杆菌介导籼稻转化研究的历程,系统介绍了影响籼稻转化的主要因素,分析了农杆菌介导籼稻遗传转化研究中存在的问题,并提出了提高农杆菌介导籼稻遗转化效率的对策。高效籼稻转化体系的建立可以加速水稻转基因品种改良育种进程,推进水稻功能基因组研究的开展。     

农杆菌介导法转化宁夏水稻的研究

通过对HAL1抗盐基因农杆菌介导法转化宁夏水稻的研究,建立起了以优育28成熟胚诱导的愈伤组织为转化受体的农杆菌介导法转化体系,为宁夏水稻遗传转化研究奠定了基础。     

影响农杆菌介导的水稻遗传转化效率的因素

影响农杆菌介导水稻基因转化效率的因素主要有：农杆菌菌株和载体、水稻基因型、转化受体、共培养条件、选择标记基因以及转化程序等。结合实际工作,对影响农杆菌介导水稻基因转化效率的以上各种因素进行了综述,并对转化过程中存在的问题进行了讨论。     

农杆菌介导主要农作物遗传转化的研究进展

在植物基因工程中,农杆菌介导的遗传转化是比较完善和相对高效的转化方法,但在单子叶植物中应用相对较少。本文对水稻、玉米、小麦等三种重要禾本科植物农杆菌转化法的应用进行了介绍,重点综述了影响转化效率的因素及农杆菌转化法在功能基因组学研究及商业方面的应用进展。     

根癌农杆菌介导的水稻遗传转化研究进展

系统介绍了根癌农杆菌介导水稻遗传转化的发展历史、影响遗传转化的因素、侵染愈伤组织的方式及转基因植株的后代分析等,并探讨了水稻遗传转化的应用前景及存在的问题。     

农杆菌介导转化小麦的研究进展

在小麦转基因技术研究中,遗传转化效率一直不高。随着转基因技术的发展,人们对小麦转基因研究逐渐增多,目前使用的主要方法有基因枪法、农杆菌介导法和花粉管通道法等。文中对农杆菌介导转化小麦的研究进展进行综述,为小麦遗传转化研究奠定了基础。。。     

根癌农杆菌介导的高效水稻遗传转化影响因素研究进展

对影响农杆菌介导水稻基因转化效率的各种因素进行了综述,并对转化过程中存在的问题进行了讨论,认为农杆菌菌株和载体、水稻基因型、转化受体、共培养条件、选择标记基因和转化程序等均是农杆菌介导高效水稻遗传转化必不可或缺的环节.要建立一个高效的农杆菌介导的植物转化系统,需要针对特定品种(品系)、特定组织和组培条件等诸多因素进行优化.     

农杆菌介导果树遗传转化之研究进展

 综述了农杆菌介导法在果树育种领域研究进展：（1）农杆菌介导的遗传转化在果树抗病、抗虫、抗除草剂、抗冻、抗盐、改良生长特性、生根等方面的研究成果；（2）对农杆菌介导的遗传转化存在的高效离体再生系统的建立、提高转化后再生频率、假转化体和低转化率、过敏性反应、开发基因资源、基因工程的生物安全性、多重转化等问题进行了分析；（3）农杆菌介导叶绿体遗传转化，非组培遗传转化已成为模式植物遗传转化的主要手段，在此简单介绍了其应用情况和技术原理，这些方法在其它植物中也有广阔的应用前景。     

农杆菌介导遗传转化宿主的研究进展

综述了最近根癌农杆菌介导不同宿主遗传转化的转化机理和T-DNA的整合方式等方面的研究进展及目前对农杆菌介导的遗传转化中植物、真菌以及人类细胞宿主的研究进展。     

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。     

根瘤农杆菌T-DNA结合蛋白VirD2和VirE2在水稻中的亚细胞定位研究

根瘤农杆菌侵染植物过程中,至少有5种毒性蛋白（Vir）进入宿主细胞发挥作用,而其中VirD2与VirE2的作用最为关键,研究二者在水稻中的亚细胞定位,对农杆菌介导的水稻遗传转化机制的阐明具有重要意义。利用水稻叶鞘原生质体瞬时表达系统,发现3种冠瘿碱型的VirD2均只定位于细胞核中,与在拟南芥中相同;而3种冠瘿碱型的VirE2均主要定位于细胞核中,但在细胞质中仍有较多分布,与在拟南芥中的定位不同。因此,推测不同冠瘿碱型的农杆菌对水稻侵染能力的差异与VirD2和VirE2亚细胞定位的关系不大;同时表明根瘤农杆菌介导的拟南芥及水稻遗传转化机制存在相似性,但也有不同之处。     

籼稻品种Kasalath遗传转化条件研究（摘要）

[目的]探索籼稻品种Kasalath的遗传转化条件,为针对该品种进一步的分子生物学研究奠定基础。[方法]以籼稻品种Kasalath的愈伤组织为转化受体,应用根癌农杆菌介导法进行遗传转化;从共培养方式、共培养时间、共培养后处理方法等方面优化遗传转化体系。①共培养条件的优化：愈伤组织接入共培养基时分2组,1组加1层灭菌滤纸,1组不加。②共培养时间的优化：分别于农杆菌液侵染愈伤1,2,3,4 d观察。③共培养后处理方式的优化：方式1,将共培养后的愈伤组织用灭菌蒸馏水冲洗多次至水清亮无混浊悬浮物,然后用含有羧苄青霉素的灭菌蒸馏水浸泡30 min,放置在有3层滤纸的灭菌培养皿中短暂干燥。方式2,将共培养后的愈伤组织置于带2层滤纸的灭菌培养皿中干燥,干燥3 d后取出。2种方式干燥后的愈伤组织均接入含40 mg/L潮霉素筛选压的筛选培养基上,筛选2次,每次2～3周。[结果]Kasalath的愈伤组织经农杆菌侵染后,经过共培养,再经筛选培养出抗性愈伤直至分化成转化苗,共培养时问对于转化效率的影响较大。如果共培养时间过长,将导致农杆菌过度生长,随后的筛选培养中即使加入抗菌的羧苄青霉素也无法抑制其生长,愈伤组织褐化死亡率增大。而共培养时间太短,则影响农杆菌Ti质粒T-DNA的转移,影响转化效率。该研究中当愈伤组织与农杆菌共培养时间为2 d时的转化效果最好,抗性愈伤组织获得率达84.1%,转化菌的转化率达到73%,且共培养时愈伤组织是否直接接触培养基对转化无明显影响。利用PMCG161载体引物PMCGF和PMCGR对所获得的部分转化苗进行PCR检测,23株转化苗中有13株扩出了预期的约750 bp条带,且为阳性转化苗,表明外源基因OsMAPK2已整合到水稻品种Kasalath的基因组中。[结论]经愈伤组织的诱导、共培养、筛选、预分化、分化等步骤,最终成功实现了农杆菌介导的OsMAPK2基因对籼稻品种Kasalath的遗传转化。     

OsVIP1 RNAi转基因水稻植株的构建

为进一步阐明农杆菌介导的遗传转化分子机制,进而利用分子生物学方法提高农杆菌转化水稻效率,以水稻品种中花11为遗传转化受体材料,利用RNAi技术对水稻中拟南芥AtVIP1蛋白的同源蛋白进行了功能研究。通过同源性比对得到水稻中拟南芥AtVIP1蛋白的同源蛋白序列,命名为OsVIP1,构建了该蛋白基因2个片段(R1和R2)的RNAi表达载体pDS1301-2-R1和pDS1301-2-R2,通过农杆菌介导的方法分别转化水稻中花11。对转基因抗性愈伤进行统计,结果表明,由携带pDS1301-2-R1和pDS1301-2-R2载体转化的抗性愈伤的形成受到一定程度抑制。经PCR检测,证明2个片段R1和R2均成功整合到再生水稻植株基因组中;半定量RT-PCR分析显示部分RNAi转基因植株中OsVIP1基因表达被成功抑制。     

提高粳稻成熟胚抗性愈伤再生频率的研究

为提高粳稻抗性愈伤分化率和遗传转化率,以农杆菌介导遗传转化得到的水稻成熟胚抗性愈伤(Hyg)为材料,研究了影响粳稻成熟胚抗性愈伤组织再生频率的因素。结果表明分化培养基添加0.5～25 mg.L-1的CuSO4.5H2O,增加分化培养基中的琼脂浓度,分化前对抗性愈伤进行高渗处理,采用6-BA和KT两步分化法和干燥除菌法均能提高抗性愈伤组织的分化率。     

籼稻品种Kasalath遗传转化条件的研究

[目的]探索籼稻品种Kasalath的遗传转化条件,为该品种进一步的分子生物学研究奠定基础。[方法]以籼稻品种Kasalath的愈伤组织为转化受体,应用根癌农杆菌介导法进行遗传转化;从共培养方式、共培养时间、共培养后处理方法等方面优化遗传转化体系。[结果]当愈伤组织与农杆菌共培养时间为2d时的转化效果最好,抗性愈伤组织获得率达84.1%,转化菌的转化率达到73%,且共培养时愈伤组织是否直接接触培养基对转化无明显影响。[结论]遗传转化成功地将外源基因OsMAPK2整合到水稻基因组中。     

优化农杆菌介导基因转化效率因子分析

共培养法是农杆菌介导转基因比较常用的方法之一。建立一个高效的遗传转化体系,除了确定抗生素种类,菌种和菌液浓度,预培养和共培养时间等基本因子外,优化影响转化的因子非常重要。主要介绍和分析共培养法中可能优化的影响基因转化因子,为提高农杆菌介导转化率提供了方法和依据,     

借助粒子轰击提高农杆菌转化水稻的频率

为了提高农杆菌转化水稻的频率，对粳稻品种台北309的幼穗和成熟胚的愈伤组织诱导频率和粒子轰击时其愈伤组织转化频率的影响进行了研究。结果表明，水稻幼穗是诱导愈伤组织的最佳外植体，通过粒子轰击可以有效地提高农杆菌转化水稻愈伤组织的频率，其中以每个样品轰击两次的效果最好，其转化率比对照提高54．5％。