转Bt基因抗虫玉米发展状况及对非靶标昆虫的影响

转Bt基因抗虫玉米是目前商品化进程最快的转基因作物之一,并被广泛应用于农业生产,其抗虫性和经济效益已得到普遍肯定,但外源基因的导入一定程度上改变了玉米自身的基因序列,因此转Bt基因抗虫玉米对生态安全的影响也备受关注.本文从转Bt基因抗虫玉米发展现状及对非靶标昆虫影响的角度对转Bt基因玉米的安全性研究加以综述.     

转Bt基因玉米的抗螟性及产量分析

在玉米心叶期和穗期对3个转Bt基因玉米品种及其相对应的受体品种进行人工接虫,分析了转Bt基因玉米对玉米螟的抗性及对产量损失的影响。结果表明：转Bt基因玉米在玉米心叶期,对一代玉米螟表现为高抗;在穗期,对二代玉米螟也表现高抗。在接虫条件下,转Bt基因玉米可以减少产量损失30%以上。因此,种植转Bt基因玉米具有明显增产作用和经济效益。     

转Bt基因玉米对根际土壤细菌遗传多样性的影响

连续两年在田间自然状态下,采用PCR-DGGE方法研究6个不同生育期种植转Bt基因玉米MON810对根际土壤细菌群落遗传多样性的影响。结果表明,2008年,同一生育期内转Bt基因玉米与非Bt基因玉米根际土壤细菌16S rDNA DGGE指纹图谱相似,细菌群落的遗传物质组成差异不显著,仅在抽丝期和乳熟期Bt玉米出现两条差异条带。2009年,苗期、拔节期、喇叭口期、抽雄期4个生育期两种玉米出现差异条带,抽丝期和乳熟期无差异条带。对DGGE图谱条带进行克隆测序,部分图谱中的条带所代表的DNA序列相同,最终得到51条DNA序列,共涉及主要细菌门类8个,典型差异条带分别属于芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）。总体来看,与不同品种相比,不同生育期、不同年份间细菌群落差异更为显著,Bt蛋白的积累对根际细菌群落变化有一定影响。     

转Bt基因玉米对亚洲玉米螟的抗性及其农艺性状研究

以普通玉米杂交组合N3030、N4640为对照，通过盆栽接虫试验和田间调查，系统研究了转Bt基因玉米杂交组合N3030Bt和N4640Bt对亚洲玉米螟的抗虫效果和主要农艺性状变化。结果表明，转Bt基因玉米对亚洲玉米螟产卵无驱避作用，但花叶率、茎秆和雌雄穗的受害程度均明显轻于对照；转Bt基因玉米的生育期、株高、穗位高、穗长、穗粗等与对照差异不大，秃尖长明显短于对照，穗粒数和产量明显高于对照。     

转BcBCP1基因耐盐碱玉米对田间节肢动物群落的影响分析

利用陷阱调查法跟踪调查全生育期转BcBCP1基因耐盐碱玉米田间地上主要节肢动物群落的种类和数量。结果表明,转BcBCP1基因玉米及其受体玉米自交系黄早四主要害虫、捕食性天敌、地上跳虫的种类和数量上差异不显著,推断耐盐碱转基因玉米的种植对田间节肢动物群落短期内无显著影响。     

转Bt基因玉米的生殖毒性评价

将昆明种小鼠按照体重随机分为5组(分别为高、中、低剂量组、阳性对照组和正常对照组),进行显性致死试验和精子畸形试验,评价转Bt基因玉米的生殖毒性。结果显示,饲喂转基因玉米的3组小鼠各项指标间的差异不显著(P0.05),与正常对照组相比亦无显著差别(P0.05),与阳性对照组差别显著(P0.05)。说明使用添加不同剂量转Bt基因玉米的饲料饲喂小鼠不会造成对雄性小鼠的生殖毒性。     

花粉管通道法将Bt-CPTI双价抗虫基因转入玉米自交系的研究

利用花粉管通道法将Bt-CPTI双价抗虫基因对优良玉米自交系进行遗传转化。采用组培和盆栽两种方法对大量t0代转基因种子进行卡那霉素抗性筛选,获得的卡那抗性植株进行PCR及PCR-Southern检测,初步证明外源目的基因已整合到玉米基因组中,PCR-Southern阳性率达到2.19%。     

转异苞滨藜BADH基因玉米高世代株系苗期外源基因表达及耐盐性功能分析

以转来自耐盐植物异苞滨藜的甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)玉米T8代株系BZ-136及受体对照自交系郑58(耐盐)为试材,采用盆栽种植方法,分析转基因植株中外源基因的表达情况,检测耐盐相关生理指标。结果表明,转基因株系BZ-136中的BADH酶活性及甜菜碱含量显著高于受体对照,随着盐胁迫时间的延长,其表达量先增加后减少,在胁迫7 d时分别达到了最大值。转基因株系幼苗株高和干重从盐胁迫第3天开始显著高于对照,鲜重和含水量在胁迫第5天和第7天时转基因株系显著高于对照;转基因株系根总体积显著高于对照,直径和根尖数在胁迫第5天时显著高于对照;转基因株系电导率和丙二醛含量均低于对照,分别在胁迫第3天和第7天开始达显著差异,叶绿素含量高于受体对照,从第3天开始二者差异达显著水平。由于外源BADH基因的表达显著提高了基因株系的耐盐性。     

玉米雄性不育基因Zmms1的同源克隆及生物信息学分析

利用水稻雄性不育相关基因Osms1同源克隆玉米中的同源基因Zmms1,用生物信息学方法对水稻Osms1及玉米Zmms1基因核苷酸序列以及蛋白质结构、亲水性和疏水性及进化树等进行分析。结果表明,水稻雄性不育相关基因Osms1编码区长度为2 232 bp,编码679个氨基酸,Zmms1编码区长度为2 461 bp,编码670个氨基酸。通过对ms1蛋白功能结构域进行分析发现,Zmms1和Osms1同为PHD-ZF超家族成员,二者具有相同的功能结构域和近似的三级结构,因此推测,Zmms1可能与Osms1具有相似的功能。     

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。     

ZmLTP3 基因提高转基因拟南芥抗盐性的研究

通过RT-PCR方法从玉米中克隆了一个拟南芥LTP3 的同源基因,并命名为ZmLTP3。RT-PCR分析发现,ZmLTP3 的表达可以被多种生物和非生物胁迫因子所诱导。通过构建植物表达载体,把ZmLTP3 的全长cDNA转化到拟南芥中,以野生型为对照,检测转ZmLTP3 基因纯合体株系的抗盐性。结果表明,在盐胁迫条件下,转基因拟南芥生长状况较好,植株鲜重、干重、种子产量以及脯氨酸含量显著高于野生型株系,丙二醛含量和外渗电导率显著低于野生型株系,转基因拟南芥提高了抗盐性。     

部分玉米种质资源对弯孢菌叶斑病的抗性评价

利用田间自然条件下人工接种的方法,对94份玉米自交系和杂交种(组合)进行抗玉米弯孢菌叶斑病的鉴定,同时筛选出用作QTL分析群体构建的抗病和感病自交系。结果表明,供试自交系一般表现为中抗和中感,没有对新月弯孢菌免疫、高抗和高感的材料。抗病材料只有8个,可作为玉米弯孢菌叶斑病QTL分析群体构建的材料。杂交组合中抗病材料占了多数,而且出现了5个高抗组合。     

转基因抗虫玉米对亚洲玉米螟的抗性评价

采用田间人工接虫鉴定方法,根据玉米抗螟性田间鉴定评价标准,研究转基因玉米Bt799和NC6304YGRR对亚洲玉米螟的抗性.心叶期接虫试验结果表明,以食叶级别作为评价参数,2种转基因玉米对亚洲玉米螟具有良好的抗性,食叶级别均为1级;2种非转基因玉米食叶级别均大于7级.吐丝期接虫试验结果表明,以单株虫孔数、单株活虫数、单株隧道个数及单株隧道长度作为评价参数,2种转基因玉米对亚洲玉米螟抗性均显著高于各自对应的非转基因玉米.转基因抗虫玉米Bt799和NC6304YGRR田间抗虫效果良好,均能保护玉米在整个生育期内不受亚洲玉米螟危害.     

转基因玉米SW12-859的抗螟性及农艺性状评价

SW12-859为吉林省农业科学院农业生物技术研究所培育的转基因玉米杂交组合,全株表达Cry1F基因杀虫蛋白。本研究以其为材料,与其遗传背景相似的郑单958为非转基因对照,在玉米心叶期(6~8叶期)和穗期(13~16叶期)进行田间人工接玉米螟初孵幼虫,调查其抗螟性、农艺性状及对产量损失的影响。结果表明,在玉米心叶期和穗期,转基因玉米SW12-859对一、二代玉米螟表现为高抗,郑单958表现为感,二者受玉米螟危害程度(抗螟性)差异显著。转基因玉米SW12-859和郑单958的株高、穗位高等农艺性状相近,在接虫条件下,转基因玉米产量显著高于非转基因玉米。     

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。     

河北省转基因抗虫棉区域试验的回顾与展望

简要回顾了河北省转基因抗虫棉区域试验取得的成就及试验方法的改进,指出了河北省棉花品种区域试验存在的问题,提出了进一步完善棉花品种区域试验的建议。