中美转基因作物产业化最新进展

转基因作物的种植带来了巨大的政治、经济、社会和生态效益。美国作为世界上最大的发达国家,种植了全球转基因作物种植面积的近 40%,主要农作物普及率达 90% 以上,获得了全球 50% 以上的经济效益。中国作为世界上最大的发展中国家,从 1998 年开始种植转基因棉花,种植面积仅占全球转基因作物种植面积的 2%~4%。参考了美国农业统计服务局（NASS）美国转基因作物商业化种植数据及国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）1996-2019 年间全球转基因作物商业化种植数据,概述了全球转基因作物商业化种植现状,分析了美国及中国转基因作物商业化发展趋势,展望了我国转基因作物商业化发展前景。随着 2022 年转基因作物监管政策的明朗化和转基因玉米大豆品种审定标准的具体落实,我国的转基因作物产业化必将迎来一个跨越式的发展。     

转兔角蛋白基因改良棉纤维品质研究

通过花粉管通道转基因技术,将E6启动子驱动的兔角蛋白基因导入高产棉花品种苏棉16号。所用转基因表达载体还含有选择标记基因NPTⅡ(卡那霉素抗性基因)及Gus报告基因。对转化体后代的检测结果表明,T1代有2.1%呈现Gus阳性,在Gus阳性株中84.6%具有卡那霉素抗性。用依据E6启动子序列和兔角蛋白基因序列设计的两对引物,对经过上述筛选的植株进行PCR检测,多次重复,最终确定3株结果稳定的转兔角蛋白基因棉株。从品质分析结果看,这3个株系成熟棉纤维的品质部分得到改良,尤其比强度有较大幅度提高,与转基因受体相比平均提高6.3cN·tex 1。     

利用SDS-PAGE鉴定转基因小麦HMW-GS的表达类型和后代遗传

采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)在蛋白质水平上对T2～T5代小麦转基因株系高分子量谷蛋白亚基(HMW—GS)的遗传表达及其分离进行了鉴定和分析。结果发现，外源1Dx5和1Dy10基因在T2代部分株系中表达；在有的株系中出现了原亚基(8亚基)的缺失或沉默和新亚基(暂定8^*)的产生，因而检测出2 5 10 12，2 5 7 8^* 10 12，5 7 10，2 7 10 12的多种类型。对2 5 10 12型株系进行了多代跟踪分析，发现其在T2～T5代陆续发生分离，存在于不同单株、不同单穗的子粒和同一单粒后代之间。经筛选，获得了天然不存在的亚基类型为2 5 10 12，2 10 12，2 5 12等稳定表达的种质创新株系。     

转基因作物环境安全性研究进展

随着转基因作物在全球范围内的广泛应用,转基因作物的环境安全性问题日益受到重视,科研工作者们对此开展了大量的研究工作。本文对近年来这方面的研究成果进行了综述,主要内容包括:1)转基因作物的杂草化问题,这里面又包含两层含义,一是转基因作物自身的杂草化问题,多数研究表明转基因并没有提高作物的生存竞争能力,在没有选择压力的自然条件下,即使转入了抗病抗逆基因,转基因植株的生存竞争能力也没有增加,因此杂草化的可能性很小;二是转基因作物通过基因漂移使得同种或近缘野生种或得某种抗性而成为更加难以防除的“超级杂草”,由于不同植物种间杂交能力不同,外源基因转移并稳定遗传的几率受到多种因素的影响,不同作物的风险性也不同,因此必须经过长期的监测才能得出科学的结论;2)转基因作物对作物遗传多样性、物种多样性及生态系统多样性的影响:多数观点认为转基因作物会通过基因漂移,外来基因在农家品种或野生种中固定及其竞争优势导致遗传多样性减少乃至丧失,也有观点认为,从长远看,转基因作物将会增加作物的生产力,从而少用农田,少用农药,有助于保护生物多样性;转基因作物对物种多样性的影响正反两方面的报道均有,有待进一步的研究,尤其是研究分析方法亟待规范;转基因作物对生态系统多样性的影响仍在研究争论之中,尚无定论。     

大豆花粉管通道技术转化雪花莲凝集素(GNA)基因

采用花粉管通道技术,用雪花莲凝集素基因（Galanthus nivalis agglutinin,GNA）转化吉林省主推品种吉林20号、吉林30号、吉林45号品种大豆。通过接蚜鉴定和PCR鉴定,从所获得的种子苗中筛选出转基因植株。对转基因植株的后代进行分子生物学鉴定：（1）PCR分析,转基因植株97TGR1和97TGR2的T2代表现阳性,第5代表现阳性纯合;97TGR1、97TGR2和98FD1～98FD20的T3代Western blotting检测结果证明,GNA基因在蛋白质水平有表达,最高表达量占总可溶性蛋白的0．7％;97TGR1、98TGR2和99JI45 TGR2的Southern blotting检测结果显示,GNA基因已插入大豆基因组;（2）遗传学分析,97TRG1的T2代呈孟德尔3：1分离,97TGR2的T3代出现种皮颜色不规则分离。经过抗蚜性鉴定和连续的筛选,获得抗性纯系;（3）抗蚜性鉴定,转基因株的T1、T2世代转基因植株可抑制蚜虫繁殖量50％～90％;（4）品系鉴定,转基因大豆的抗蚜性达到农学标准抗（R）和高抗（HR）水平;大面积环境释放试验自然感蚜鉴定,转基因系蚜虫发生的高峰比对照延迟,高峰期过后群体蚜量的下降速度也比对照快。本研究认为,大豆花粉管通道技术可以利用于大豆的转基因研究和应用中,GNA基因在改良大豆的抗蚜性上是可取的。     

转Xa23基因水稻的白叶枯病抗性及其遗传分析

在分离克隆抗白叶枯病基因Xa23研究中获得大量转基因水稻材料。为了系统研究转Xa23基因水稻的抗病稳定性和遗传模式, 本文通过逐株进行抗白叶枯病接种鉴定、PCR和Southern blot分子检测, 对一批转Xa23基因水稻植株进行了T₀代到T₂代的跟踪分析。结果表明, Xa23基因的整合和表达, 使感病受体品种牡丹江8号获得抗病性。由于Xa23基因插入受体基因组的位点不同, 同是单拷贝插入的转基因T₀代抗病植株, 其抗病程度有明显差异。T₀代植株的抗病程度, 可以准确、稳定地遗传到T₁代和T₂代。单拷贝转基因植株分离群体的抗感植株分离比接近3∶1, 表明转Xa23基因遵循孟德尔单基因遗传模式。已获得2个纯合的单拷贝转基因抗病株系, 它们的抗病程度稍有差别, 将用于外源基因插入位置效应分析和杂交稻抗病育种。     

棉花arf1启动子驱动Cry1A基因在烟草中特异性表达研究

在新一代Bt作物以及Bt作物安全性研究方面, Bt毒蛋白在植物特定发育阶段的表达特性渐受关注。本研究构建了植物表达载体pGBI121.A1Bt, 其携带棉花arf1启动子驱动Cry1A基因的表达盒, 启动子后面有一个Ω序列; 对照载体pGBI121.4AB携带P2E35S启动子(增强子加倍的修饰CaMV 35S启动子)驱动Cry1A基因的表达盒, 在启动子后面也有一个Ω序列。利用根癌农杆菌介导法, 将植物表达载体pGBI121.4AB和pGBI121.A1Bt转化烟草, 分别获得44株和42株转基因烟草再生植株。ELISA检测表明, 在pGBI121.A1Bt转基因烟草的蒴果、蒴果壳、花瓣和叶中Cry1A基因的平均表达水平分别为pGBI121.4AB的1.5、1.5、1.4和0.3倍。棉花arf1启动子在烟草中表达, 证明了该启动子在植物生殖器官中具有优势表达特性, 为arf1启动子应用于转基因抗虫棉, 在棉花蕾铃中优势表达Bt毒蛋白, 提高转基因棉花蕾铃抗虫性的新一代抗虫棉研究提供了依据。     

转Bt基因抗虫棉中棉所30的碳、氮代谢特征

本试验在田间条件下研究了转Bt基因抗虫棉中棉所30的碳、氮代谢特征,于各主要生育期测定了棉株地上部营养器官的全N、非蛋白质N和可溶性糖及淀粉含量.研究结果表明,与轮回亲本中棉所16相比,中棉所30苗蕾期的C/N较低,非蛋白质N含量较高,N代谢比较旺盛;初花期至盛花期的C/N则较高,C代谢明显加强;进入结铃早期,中棉所30叶片中可溶性糖、淀粉及营养体中非蛋白质N的含量均下降,反映出其"根源”和"叶源”的功能已减弱,表现出早衰迹象.为了改善转Bt基因抗虫棉中棉所30的生育状况,提高其产量和品质,"促源”是根本.     

不同品种紫花苜蓿（Medicago sativa）的化感效应研究

用砂培法研究紫花苜蓿（Medicago sativa）的六个品种苗期地上部分水浸提液对鸭茅(Dactylis glomerata L.)的化感效应。结果表明,紫花苜蓿六个品种茎叶水浸提液对鸭茅的化感效应在供试品种间差异显著。游客、苜蓿对鸭茅的种子发芽及幼苗生长有抑制作用,但游客却对鸭茅的苗干重有促进作用;三得利和赛迪对鸭茅的种子发芽、根长及根干重有抑制作用,却对苗生长的影响无显著差异。此外,供试紫花苜蓿浸提液对鸭茅的化感作用,随着浓度的升高,抑制作用随之增强。     

根癌农杆菌介导转Bt基因苎麻的获得及其抗虫鉴定

采用本研究室建立的根癌农杆菌介导的高效遗传转化体系,转化苎麻优良品种芦竹青,获得了转Bt基因苎麻候选植株。通过PCR和Southern杂交等分子检测,证明Bt基因已经整合到部分候选植株基因组中。选取PCR和Southern杂交均为阳性的部分株系(T₀)种植在大田,对这些植株进行室内抗虫鉴定并考察其主要农艺性状和品质性状,次年对T₁代植株进行PCR和Southern杂交检测。结果表明, 与对照相比,T₀代转Bt基因苎麻植株的抗虫性均强于对照,部分株系的抗虫性显著强于对照植株;且基本保持了亲本的优良性状;T₁代植株中也含有Bt基因,表明Bt基因能稳定遗传,且T₁代植株在大田的抗虫性明显强于非转基因植株。