玉米转基因技术研发与应用现状及展望

转基因技术的应用已成为国内外玉米育种的重要手段,其产业化为全球玉米种业发展和玉米生产方式带来变革,对粮食安全、生态安全和农民增收给予了重要保障。本文针对玉米遗传转化和新产品创制进展进行评述,对今后我国玉米转基因技术研发及其应用进行展望。     

小麦不同外植体离体培养及转化效率的比较研究

小麦基因枪法遗传转化中幼胚组织培养有很强的基因型依赖性．这在很大程度上限制了转基因小麦的广泛应用。为了建立克服基因型障碍的小麦高效再生系统．促进转基因小麦的规模化应用，对15个小麦基因型的幼穗、幼胚两种外植体的愈伤组织诱导率、绿苗分化率进行了比较研究。结果表明，各基因型愈伤组织诱导率在两种外植体之间无差异，但幼穗外植体产生的愈伤组织质量好于幼胚。15个基因型幼穗外植体的绿苗分化率均高于其相应的幼胚外植体绿苗分化率，表明幼穗是很好的外植体材料。对其中H6756和H311两个基因型不同外植体所形成的愈伤组织进行了基因枪转化，姑果表明，幼穗受体的基因转化效率明显高于其相应幼胚受体的基因转化效率。     

利用基因枪法对玉米自交系501的转化研究

用基因枪法分别将带有潮霉素磷酸转移酶标记基因的pCI-Os07G0622000、pCI-AK072466两种克隆载体导入玉米自交系501,对自交系501幼胚和愈伤组织两种受体进行转化。结果表明,501的幼胚和愈伤组织的转化情况不同,平均再生频率分别为10.25%和0.85%;PCR分子检测表明,Os07G0622000和AK072466基因已整合到玉米基因组中,501幼胚和愈伤组织两种受体最终分别获得15株和2株转基因植株,平均转化率分别为1.67%和0.19%。在自交系501的两种受体中,幼胚更适合作基因枪转化的受体材料。     

小麦成熟胚组织培养及遗传转化研究进展

小麦成熟胚转化体系的建立对促进小麦基因工程研究和功能基因组研究具有重要意义.小麦成熟胚具有取材方便、不受季节限制等优点,已成功应用于小麦组织培养及遗传转化研究,可望取代幼胚成为小麦遗传转化的方便受体.本文就目前小麦成熟胚组织培养及遗传转化研究进行了综述,目的是为进一步建立和完善小麦成熟胚再生体系和转化体系提供参考.目前国内外采用较多的小麦成熟胚培养方式主要有完整成熟胚培养、胚乳支撑成熟胚培养、成熟胚刮碎培养和成熟胚切割培养等.对培养基中激素种类、浓度配比的优化也进行了较多研究,并取得了一定结果.利用基因枪轰击法和农杆菌介导法转化小麦成熟胚均成功获得了转基因植株,证明小麦成熟胚及其愈伤组织作为受体进行遗传转化研究具有可行性.     

玉米转基因和育种改良

玉米转基因技术的开拓和重要农艺性状的遗传改良取得了重大进展,在育种改良中起着愈来愈重要的作用,有些成果已进入商业应用阶段.论述了玉米转基因的研究进展,对在育种利用中存在的问题提出了一些看法。     

利用RNAi方法构建MS26基因雄性不育植物表达载体及农杆菌介导玉米遗传转化研究

应用RNAi技术创制了花粉彻底败育的玉米雄性不育株系,为玉米杂交制种提供雄性不育的基础材料。构建玉米MS26 RNAi植物表达载体,其中,以玉米综31未成熟的幼胚组织为受体,利用农杆菌介导法将目的基因定向转入到玉米中,以甘露糖为选择剂进行筛选获得能够稳定遗传的转基因植株。通过Taqman探针法进行分子检测,获得18株单拷贝T0代转基因植株,碘-碘化钾染色分析结果显示,12株完全不育。在田间试验中,5个转化事件的所有T1代转基因植株在散粉期都表现雄性不育,且除此之外与野生型玉米对照植株之间没有其他形态不同。实时定量PCR结果显示,MS26 RNAi转基因玉米植株中MS26基因的表达量显著下调,由此可推断,MS26 RNAiT-DNA已经整合到玉米基因组中,并能引起完全的雄性不育。     

大豆遗传转化技术研究进展

近年来,随着植物基因工程的快速发展,利用转基因技术进行大豆分子育种和基因功能研究成为一种重要手段。现阶段大豆转基因的研究重点主要集中在大豆遗传转化的方法和建立高效、稳定地遗传转化再生体系方面。本文对大豆遗传转化相关方法、转化再生体系及转化效率相关的因素进行了阐述,为大豆遗传转化及转基因新品种培育等相关研究提供参考。     

植物转基因技术及其对籼稻品质改良的研究进展

应用转基因技术对水稻抗性、品质等性状进行改良,已取得较大进展。但是遗传转化率低、愈伤诱导困难等问题仍限制水稻尤其是籼稻的转基因育种。分析转化体系中的组分因子,优化转化体系,可为建立高效的籼稻遗传转化体系提供依据。     

基因工程在玉米遗传育种中的应用

综述了基因工程在玉米遗传育种中的研究进展,介绍了转基因的应用领域及常用的转基因技术,在分析了基因工程在玉米遗传育种中应用限制因素的基础上,对其应用前景进行了展望。     

大豆生物工程研究进展

90年代以来，大豆的生物工程研究重点放在建立遗传转化和再生体系上，随着遗传转化和再生技术的发展，我国已获得了抗病、抗虫转基因大豆植株，取得突破性进展。目前，大豆遗传转化主要采用农杆菌介导法、花粉管通法、基因枪及PEG法。农杆菌介导的遗传转化是以大豆子叶、胚轴为外植体，通过卡那霉素筛选，器官发生再生转化植株；花粉管介导法是以植株整体为受体导入外源原因，获得稳定遗传品系；基因枪介导的遗传转化是以大豆幼胚的胚轴、用基因枪轰击生长点，可以从任意一个基因型获得转基因植株；PEG介导的遗传转化是将质粒导入大豆原生质体，通过潮霉素进行筛选，获得转基因植株。     

农杆菌介导玉米H99遗传转化体系的优化

遗传转化率低是转基因技术进一步发展的限制因素。优化玉米转化体系的研究大多以幼胚为受体材料、以GUS基因为报告基因,在一定程度上限制了取材的时间和数量。研究利用携带pCAMBIA1302（含绿色荧光蛋白基因-Green Fluorescent Protein）质粒的 EHA105菌株对玉米自交系H99的愈伤组织进行侵染,借助活体荧光检测技术对GFP基因的瞬时表达进行评价。结果表明,农杆菌侵染液浓度OD₆₀₀为 0.7～0.8、侵染时间20 min、共培养60 h时,GFP瞬时表达率最高,达到23.47%。     

玉米COBRA基因家族分析及重要成员ZmCOBL03基因编辑

利用生物信息学的方法分析玉米COBRA家族10个成员的序列特征、与其他物种的进化关系和组织特异性表达模式。结果表明,10个COBRA家族基因都含有CCVS保守结构域,并且均定位于细胞膜上。系统进化分析结果显示,该家族可以分为2个亚族,每个亚族内的基因具有相似的基因结构和理化性质。以ZmCOBL03为候选基因开展基因编辑,采用双靶标位点的设计思路,利用农杆菌介导的玉米遗传转化技术和CRISPR/Cas9基因编辑技术,成功获得ZmCOBL03基因靶向突变的玉米株系。表型分析证实,ZmCOBL03基因突变后严重影响了玉米的正常发育,表现为植株极端矮化且生殖生长受到抑制,证实ZmCOBL03基因在植物细胞壁纤维素合成中发挥重要作用。     

抑制ZmCol3基因表达调控玉米开花期

采用ZmCol3基因RNAi载体构建、农杆菌介导玉米遗传转化、转基因材料开花期表型鉴定等研究方法,评估抑制ZmCol3基因表达对玉米开花期的影响。转基因玉米基因组PCR结果证实,人工合成RNAi片段已成功整合到玉米基因组中。qRT-PCR结果表明,在不同转基因玉米株系中ZmCol3基因表达受到不同程度的抑制。温室转基因玉米开花期相关性状调查结果表明,抑制ZmCol3表达,可以将玉米抽雄、散粉和吐丝时间提前2~3 d。研究结果证实,ZmCol3具有调控开花期的生物学功能,抑制该基因表达进而缩短玉米开花期可以作为行之有效的方法应用到玉米熟期改良研究中。     

大麦醇溶蛋白启动子HorD的克隆及其种子特异性表达分析

种子特异性启动子的克隆和功能分析不仅有助于阐明作物种子发育和胚乳特异性基因的表达调控机制，也是进行作物品质改良和种子生物反应器在内的植物基因工程改造的基础。本研究从大麦品种Golden pormise中克隆到大麦胚乳特异性启动子HorD，生物信息学分析表明，其具备启动子的基本元件，如A-box、TATA-box、CAAT-box等，此外还含有胚乳特异性表达所需要的元件Prolamin-box。为验证HorD启动子的表达特性，以pU1300载体为骨架，将HorD启动子和新型冠状病毒（SARA-CoV-2）刺突蛋白基因LPS通过双酶切连接的方式构建表达载体phorD-LPS，并利用农杆菌介导的遗传转化试验验证其种子表达特性。结果表明，HorD启动子能驱动LPS基因在转基因大麦各组织中表达，但在根、茎、叶及颖壳中表达量较低，在种子中表达量较高。这说明HorD启动子可以驱动外源目的基因在大麦种子中特异高效表达。     

分子改造Cry蛋白基因的转基因玉米创制及其抗虫功能评价

利用结构域交换和密码子优化方法对苏云金芽孢杆菌(Bt)杀虫晶体蛋白Cry1Ab进行合理化设计改造,获得新型Bt蛋白编码基因cry FLIa。利用农杆菌介导法将该基因转入玉米Hi II中,对转基因后代开展分子鉴定和抗性评价等相关工作。结果表明,cryFLIa基因已整合进玉米基因组中,连续3代自交材料检测显示,转基因玉米目标基因正常表达并稳定遗传;蛋白在植株叶片中发育各时期的表达各异,在灌浆期蛋白表达量较高(471.883 ng/g)。室内生测和田间人工接虫试验表明,转cryFLIa基因玉米具有抗亚洲玉米螟的能力。     

基因工程在玉米抗旱育种中的应用

干旱是影响农业生产的重要灾害之一。利用转基因方法培育抗旱玉米新品种是一个有效的新手段。近年来,渗透调节物质合成相关基因、转录因子基因和信号传导相关基因在玉米抗旱转基因研究中获得新进展,同时伴侣蛋白基因、解毒酶相关基因、代谢相关基因和转运或通道蛋白基因在植物抗旱方面的作用机制研究正逐步推进,不但为玉米转基因抗旱研究提供了丰富的基因资源和基础材料,同时也为抗旱转基因玉米新品种培育奠定了坚实基础。归纳近年来基因工程技术在玉米抗旱研究方面的最新进展,结合相关研究工作,提出玉米抗旱转基因育种的思路和存在问题,为今后玉米的抗旱转基因研究提供参考。     

转基因耐除草剂玉米C0010.2.2定性PCR检测方法的建立

转基因耐除草剂玉米C0010.2.2是北京大北农生物技术有限公司利用农杆菌介导法,将epsps基因和pat基因转到受体玉米DBN567获得的耐除草剂玉米转化体,具有耐除草剂草甘膦和草铵膦性状。研究建立转基因耐除草剂玉米C0010.2.2的检测方法,在外源基因插入位点的左、右边界分别设计引物,经过引物筛选、特异性测试、灵敏度测试、退火温度和引物浓度测试,建立转基因耐除草剂玉米C0010.2.2的定性PCR检测方法,该方法的检出限和灵敏度可达到0.1%。验证结果表明,该方法可以特异性检测到转化事件,具有很好的重复性和再现性。     

农杆菌侵染玉米萌动胚转化抗逆基因BcBCP1

以5份优良玉米自交系为试材,采用农杆菌侵染玉米萌动胚的方法转化蓝铜蛋白类似基因BcBCP1,同时优化遗传转化体系。结果表明,菌液浓度为OD600=0.8、侵染24h、共培养3d时,遗传转化率分别达到最高;不同基因型的遗传转化率存在差异,其中丹598转化率最高,达到6.67%;丹599的遗传转化率最低,为0.56%,5个不同基因型的平均遗传转化率为2.13%。共获得PCR阳性植株43株,其中28株结实。     

耐除草剂转基因玉米CM8401的获得及功能性状鉴定

耐草甘膦和耐草铵膦是转基因作物育种重要的目标性状。将耐草甘膦基因MC1-EPSPS构建到含有bar基因的植物表达载体pTF101.1中，通过农杆菌介导法转入玉米材料Hi-II中，从而获得兼具耐受草甘膦和草铵膦性状的转基因玉米材料 CM8401。目的基因PCR检测显示，MC1-EPSPS和bar基因稳定整合到玉米基因组中。目的蛋白试纸条检测结果显示，MC1-EPSPS蛋白和PAT蛋白在转基因玉米世代间中表达稳定。田间除草剂耐受性鉴定试验表明，转基因玉米CM8401对草甘膦和草铵膦都具有良好耐受性，可耐受4倍推荐中剂量的草甘膦和草铵膦。