小麦转基因技术研究进展

自1992年第一株转基因小麦问世以来,小麦的遗传转化一直受到人们的关注。十几年来,通过转基因技术实现的小麦遗传转化弥补了经典小麦育种的不足,突破了可利用基因库的限制,取得了可喜的进展。本文主要从小麦的转化目标基因、相关报告基因与选择标记基因、转化受体、基因转化方法等方面对小麦转基因技术研究进展做简要概述。     

转基因水稻的抗虫性初探

用基因枪技术将雪 莲外源凝集素基因和大豆胰蛋白酶抑制剂基因,分别转化到水稻的胚性愈伤组织,经过筛选再生分别得到转基因Ⅰ和转基因Ⅱ植株。     

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。。。     

大豆抗虫基因工程研究进展及发展趋势

文章论述了大豆遗传转化过程中两个重要的外源基因,Bt基因和豇豆胰蛋白酶抑制剂的抗虫机理,综述国内外大豆抗虫基因工程研究方面的进展,分析了转基因抗虫大豆的应用前景,并提出以后转基因大豆发展方向。     

青杨双价抗虫基因转化系统研究

利用农杆菌介导法，对青杨进行含部分改造的Bt CryAc基因(Bt基因)和慈姑蛋白酶抑制剂(API)基因A的双价抗虫基因转化，确定了适于青杨的遗传转化系统。经含Km40mg/L的生根培养基的筛选，获得了青杨转基因植株。     

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。     

茎尖转化法转基因小麦后代的遗传特性分析

为了探讨农杆菌转化微创芽生长点法获得的转基因小麦后代的遗传特性,以3个世代的转基因小麦后代为材料,通过抗性筛选、PCR和PCR-Southern blot等方法分析外源基因遗传在T_2、T_3、T_4中的遗传分离情况。结果表明:T_2代33个株系中外源基因完全丢失的株系占61%,其余39%的株系能够检测到外源基因,但分离比例分散偏离了孟德尔遗传分离规律;T_3代42个株系中检测不到外源基因的株系占55%,能检测到外源基因但分离比例复杂的株系占43%,符合孟德尔分离定律占2%;T_4代8个株系中检测不到外源基因的株系占25%,能检测到外源基因但分离比例复杂的株系占50%,转基因植株与非转基因植株的分离比例符合孟德尔分离定律占25%。可见,利用农杆菌转化微创芽生长点法获得的转基因小麦后代中,外源基因丢失的比例较高,转基因植株与非转基因植株的分离多不符合孟德尔分离比例,但随着世代的增加,外源基因遗传稳定性有所提高。     

大豆α′基因在烟草植株中的表达

将大豆种子7s 贮藏蛋白α'亚基基因通过含改装 Ti 质粒的根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)感染转化烟草叶片,并使转化组织再生成完整植株。所有再生的转基因烟草植株正常开花结籽,形在态上未发生任何变化。Southern 杂交证明,α'亚基基因已插入烟草基因组中。ELISA 分析表明,转基因植株种子中α'亚基蛋白的含量显著高于非转化植株,而在叶和茎中α'亚基蛋白的含量转化植株和非转化植株并无差异。说明α'亚基基因在转化植株中可以表达,但只在种子中积累,而不在叶片和茎中积累。由此可见,α'亚基基因在转基因烟草中的表达和积累方式与在大豆中的表达和积累方式是一致的。另外,对三株转基因植株的后代幼苗进行胭脂碱检测,表明α'亚基基因在转基因烟草中稳定遗传,后代分离比例为3:1,符合孟德尔遗传规律,故α亚基基因是以单位点的形式整合到受体的染色体上,符合一对因子遗传的规律。     

根癌农杆菌介导的豇豆胰蛋白酶抑制剂基因转化芥菜的研究

为得到具有较强抗虫性的新的芥菜种质资源，用农杆菌介导将豇豆胰蛋白酶抑制剂(CpTI)基因导入芥菜，获得了Kan抗性植株。经PCR扩增、PCR-Southern blot和Northern blot分析，转化再生植株大部分呈阳性，而非转化的再生植株均为阴性，证明CpTI基因已存在于芥菜基因组中。在室内进行了喂虫试验，结果表明转基因芥菜抗虫性明显高于对照，转基因植株之间存在抗虫性差异。     

作物抗除草剂基因工程与抗除草剂转基因小麦的研究进展(综述)

自从20世纪80年代开始研究转基因植物以来,小麦的遗传转化一直受到人们的关注。由于化学农药的应用对作物产生伤害,因此人们通过基因工程的方法来获得抗性作用。经过近20年的研究,抗除草剂转基因小麦的研究取得了很大的进展。本文对作物抗除草剂基因工程的研究情况作一概述,并重点介绍抗除草剂转基因小麦的研究进展和存在的主要问题。     

Genetic and agronomic traits stability of marker-free transgenic wheat plants generated from Agrobacterium-mediated co-transformation in T_2 and T_3 generations

Genetically modified wheat has not been commercially utilized in agriculture largely due to regulatory hurdles associated with traditional transformation methods. Development of marker-free transgenic wheat plants will help to facilitate biosafety evaluation and the eventual environmental release of transgenic wheat varieties. In this study, the marker-free transgenic wheat plants previously obtained by Agrobacterium-mediated co-transformation of double T-DNAs vector were identified by fluorescence in situ hybridization(FISH) in the T_1 generation, and their genetic stability and agronomic traits were analyzed in T_2 and T_3 generations. FISH analysis indicated that the transgene often integrated into a position at the distal region of wheat chromosomes. Furthermore, we show that the GUS transgene was stably inherited in the marker-free transgenic plants in T_1 to T_3 generations. No significant differences in agronomic traits or grain characteristics were observed in T_3 generation, with the exception of a small variation in spike length and grains per spike in a few lines. The selection marker of bar gene was not found in the transgenic plants through T_1 to T_3 generations. The results from this investigation lay a solid foundation for the potential application of the marker-free transgenic wheat plants achieved through the co-transformation of double T-DNAs vector by Agrobacterium in agriculture after biosafty evaluation.     

基因枪共转化将拟南芥DREB2A基因和bar基因导入小麦

为了提高小麦的抗旱耐盐性,采用PCR方法克降了拟南芥DREB2A(AtDREB2A)基因,构建了由水稻Actin启动子驱动的组成型表达载体,通过基因枪共转化途径,将AtDREB2A基因和抗除草剂筛选bar基因同时导入小麦品种Alondra和扬麦12,bar基因、AtDREB2A基因的转化频率以及两基因的共转化频率分别达到2.4%、0.4%和0.2%.对部分阳性植株进行RT-PCR分析表明,导入的AtDREB2A基因和bar基因均获得稳定表达.本研究获得的共转化植株为今后剔除筛选标记基因、培育安全的抗旱耐盐小麦新种质奠定了基础.     

转Hpa110-42小麦分子鉴定及赤霉病抗性功能评价

【目的】筛选出抗赤霉病转Hpa110-42小麦植株,为抗赤霉病小麦新品种的选育提供材料。【方法】以转Hpa110-42小麦T2植株和受体扬麦158为供试材料,通过PCR、Southern blotting、RT-PCR等分子技术进行外源基因的整合与表达检测,并采用单花滴注法鉴定转基因小麦的赤霉病抗性,同时探讨其抗性生理。【结果】经分子检测证明,外源Hpa110-42以1—3个拷贝整合到小麦基因组中并能够稳定遗传,在转录水平上也能正常表达。赤霉病抗性鉴定表明,株系T2-17、T2-15、T2-68、T2-44和T2-36的平均病小穗率极显著低于扬麦158。除T2-17外,其余株系的平均病小穗率极显著高于苏麦3号,均未达到苏麦3号的抗性水平。T2-17株系平均病小穗率显著低于T2-15、T2-68和T2-44,极显著低于T2-36、T2-11和T2-20株系。抗性生理分析显示,接种赤霉菌孢子后,所有植株的苯丙氨酸解氨酶（PAL）、几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶活性均上升,但转基因高抗植株比扬麦158上升更快,而感病株上升相对缓慢;尽管可溶性蛋白含量呈下降趋势,但转基因植株的高抗植株始终高于其它株。β-1,3-葡聚糖酶活性和可溶性蛋白含量与赤霉病抗性等级值呈极显著负相关。【结论】外源Hpa110-42整合到小麦基因组中,能稳定遗传并正常表达,正向参与了小麦赤霉病抗性调控,获得了抗赤霉病转Hpa110-42小麦植株。     

抗旱转基因小麦(Triticum aestivum L.) 的杂草性评价

【目的】全球转基因作物商业化迅猛发展,包括杂草化在内的一系列生态风险评估和研究尤为重要。文章中系统评价抗旱转基因小麦MGX-L大面积推广种植可能带来的演化为杂草的生态风险,为转基因抗旱小麦的环境安全评价标准制定提供科学依据。【方法】通过比较荒地和栽培地上抗旱转基因小麦、受体小麦和当地常规品种的农艺性状,评价转基因小麦的生存竞争能力;并比较荒地上生存的转基因小麦与受体的繁殖系数,评价转基因小麦群体在野外的生存能力。比较转基因小麦和受体品种的自生苗比率、种子落粒性、及深埋和浅埋地下种子萌发情况,评价转基因小麦的自然延续能力。比较转基因小麦和受体品种的花粉活力、花粉大小和花粉育性,评价转基因小麦的自然繁育能力。综合分析以上各项评价结果,评价抗旱转基因小麦演变为杂草的可能性。【结果】转基因小麦在栽培地上种植,其株高、总穗数和穗粒数与受体品种相比,没有显著差异,而转基因小麦的产量、千粒重显著高于受体品种。但和其他非转基因当地主栽小麦品种相比,或没有显著差异,或低于其他非转基因小麦品种,因此,转基因小麦与其非转基因小麦对照相似,在栽培地种植没有更强的生存竞争能力。在荒地环境下,转基因小麦生存竞争能力和受体品种没有显著差异。在荒地上种植且成熟的转基因小麦,单位面积内收获的总籽粒数少于上一年种下的种子粒数,其繁殖系数低于1。转基因小麦群体不可能在野外环境中自然维持下去。转基因小麦种子的落粒性和产生自生苗比率与受体品种相比没有显著差异。深埋20 cm以下土层的转基因小麦和受体品种的种子全部腐烂;浅埋3 cm土层的转基因小麦和受体品种的种子或者腐烂或者出苗,没有发现未萌发且保存完好能够保持活力继续发芽的种子,二者的种子腐烂或出苗的比率没有显著差异,说明转基因小麦和受体品种种子的延续能力低且无显著差异。【结论】转基因抗旱小麦MGX-L与其受体对照品种济麦22及其他非转基因当地主栽品种相似,耐旱性状的引入不会增加小麦的杂草化潜势。     

离子束介导转大豆DNA小麦后代品质和农艺性状分析

利用离子束介导外源基因群转移的方法,分别将大豆全长DNA、DNA片段导入小麦,通过对M_1～M_3蛋白质含量和株高、粒质等农艺性状的变异分析可知,该方法能有效提高小麦蛋白质含量,降低株高,改变粒质。M_1获得蛋白质含量18％以上(较ck增加2.0个百分点)单株183个,M_2获得蛋白质含量18％以上(较ck增加3.6个百分点)单株33个,M_3获得蛋白质含量18％以上(较ck增加5.1个百分点)单株35个。M_3获得株高62cm以下(较ck降低7cm)的单株102个,占4.1％,部分单株株高能够稳定遗传。转基因后代部分单株和株系籽粒变为全角质。     

GH-DREB基因转化小麦及转基因植株后代的抗旱生理指标鉴定

用基因枪法将来自于棉花的DREB转录因子基因和诱导型启动子Rd29A构建的植物表达载体pRdGH转入小麦品种鲁麦22号,获得转基因小麦植株。T0、T1、T2、T3代分子生物学鉴定证实：GH-DREB基因可以稳定遗传。孕穗期到开花期T3代叶片可溶性糖、蒸腾速率、净光合速率测定结果表明：正常条件下,转基因后代与受体鲁麦22的各生理指标无明显差异,而水分胁迫下,转基因后代的净光合速率随着干旱处理时间的延长而逐渐下降,蒸腾速率随着干旱处理时间的延长而逐渐上升,但是,下降与上升幅度比对照低,其中,在胁迫第3天、第6天都与对照差异极显著,叶片的可溶性糖含量与对照相比差异不显著。说明GH-DREB基因在干旱条件下可通过减少蒸腾速率、维持光合作用。     

小麦花粉电穿孔转化因素优化和转基因植株获得及鉴定

[目的]通过优化电穿孔转化技术主要参数,得到候选转基因植株,探索普通小麦(Triticum aestivum L.)电穿孔遗传转化体系.[方法]以冬小麦品种济麦19为受体,GUS为外源基因,将扬花期成熟花粉以最适电场强度和操作温度进行电穿孔处理后,人工授粉济麦19,最终收获种子;利用PCR技术、Southern技术、化学染色方法对T1、T2植株进行鉴定.[结果]电穿孔转化以电场强度6 kV·cm-1、冰上处理花粉,花粉密度为5×106个/mL,以及去雄后第5天授粉为最佳参数;Southern杂交检测结果表明,T2阳性植株的2个株系检测到杂交信号,同时其幼根、叶片等组织经GUS表达活性的组织化学染色检测,呈现蓝色反应.[结论]利用小麦花粉电穿孔转化法可以成功将外源基因整合到小麦基因组中并稳定遗传至T2,且外源基因GUS能够得到表达.     

基因枪介导转hpa99基因小麦的获得和检测

为了探究来源于水稻细条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola)的hpa99基因改良小麦抗赤霉病的可行性,以小麦幼胚诱导的愈伤组织为转化受体,以磷酸甘露糖异构酶(phosphomannose isomerase,PMI)作为选择标记,通过基因枪法将带有hpa99基因的表达质粒AF234296导入普通小麦品种山农15。2～3次PMI筛选后,获得38株再生植株。通过氯酚红(chlorophenol red,CPR)染色以及PMI基因和目的基因hpa99的PCR检测,获得7株阳性植株,转化率为0.108%。结果表明,hpa99已整合到小麦基因组中,获得了无抗生素标记基因的转基因小麦。     

转PSAG12-IPT基因小麦安全性的初步研究

对转PSAG12 IPT基因小麦植株根际土壤及其周边小麦、大麦、燕麦进行了基因漂移检测,并对食用转PSAG12 IPT基因小麦混合饲料的小白鼠进行了毒理性试验,初步研究了转PSAG12 IPT基因小麦的安全性。结果表明,PSAG12 IPT基因并未通过根系分泌物漂移到土壤中;除西农1376在距离T2代西农1376小麦3和6m处各发现1株PCR阳性植株外,在小麦郑9023及大麦和燕麦中均未发现PSAG12 IPT基因存在;食用含有转基因小麦混合饲料的小白鼠和对照小白鼠的肝脏和肾脏的结构解剖图未见明显差异,可以初步认为应用转PSAG12 IPT基因小麦是较安全的。     

过量表达蔗糖转运蛋白基因增强转基因小麦的耐旱性

【目的】创制过量表达TaSUT1A的转基因小麦,分析TaSUT1A在转基因小麦中的遗传及其对干旱胁迫的应答反应,选育抗旱的转基因小麦新种质。【方法】采用基因重组技术构建了TaSUT1A表达载体,利用基因枪介导法将该载体转入小麦品种科农199,通过Bialaphos筛选、转化植株基因组DNA PCR验证获得转基因T₀植株;利用RT-PCR检测TaSUT1A在转基因T₃植株中的表达情况,在此基础上,对3个转基因系的T₄转基因植株进行抗旱性鉴定和抗旱相关生理指标分析,验证其抗旱能力。【结果】经PCR检测和RT-PCR验证,获得了转TaSUT1A小麦阳性植株,与非转基因对照相比,20%PEG胁迫处理显著诱导了转基因株系根叶组织中目标基因TaSUT1A的上调表达。抗旱鉴定和抗性生理分析显示,在20%PEG胁迫处理下,转基因株系的萌发率比非转基因对照平均提高了32.8%,显著高于非转基因对照,并促进初生根的萌发和生长,初生根长和胚芽鞘长比非转基因对照平均增加了81.72%和170.77%;在20%PEG胁迫处理下,转基因植株叶组织中的蔗糖和可溶性糖平均提高了42.95%和36.56%,根中蔗糖和可溶性糖平均提高了58.01%和43.01%,均显著高于非转基因对照植株;与未胁迫处理相比,20%PEG胁迫处理后非转基因植株叶中的SOD活性由105.4 U·g^-1FW升高到139.1 U·g^-1FW,而转基因植株的活性由107.7-115.3 U·g^-1FW提高到168.2-211.6 U·g^-1FW,显著高于非转基因对照,同时,转基因小麦株系的MDA的产生较非转基因对照平均降低了37.47%,显著减少了MDA的产生。【结论】TaSUT1A在参与植物的逆境应答反应机制中具有重要作用,促进逆境胁迫中小麦的萌发和生长,超量表达TaSUT1A可显著提高转基因小麦的耐旱能力。