植物生物技术论文.doc

甘蔗转基因研究进展

莫小敏 园艺091 0931100108

【摘要】蔗转基因技术发展迅速，已应用于甘蔗的品种改良。本文综述甘蔗转基因技术、甘蔗转基因性状两方面的研究进展，并对我国甘蔗转基因的发展策略做出展望。
【关键词】甘蔗；转基因技术；转基因性状；品种改良

甘蔗磷既是一种重要的糖料作物, 又是一种理想的能源作物。培育高产、高糖、高抗的甘蔗新品种以及提高甘蔗的附加值始终是甘蔗育种的主要目标。利用现代生物技术方法对现有甘蔗优良品种进行遗传改良是进一步提高甘蔗产量、含糖量、各种抗性及其附加值的主要措施。目前, 国内外在这方面的研究己取得了以下重要进展。
1、抗性转基因甘蔗研究
1.1抗虫转基因甘蔗
甘蔗是重要的糖料和能源作物,甘蔗生产中鳞翅目害虫(大螟、二点螟等)和同翅目害虫(甘蔗绵蚜等)的危害已成为其持续、稳定和健康发展的严重障碍[8]。甘蔗组织培养和离体再生等技术体系比较成熟,十分有于基因工程改良,利用基因枪转化和农杆菌介导法等已经建立了多种甘蔗受体系统与转化系统,成功获得蔗转基因植株。
甘蔗转基因研究远远滞后于其它作物。国外1992年成功实现基因枪法获得转N PT II和bar基因甘蔗植株,巴西已经获得转B t和gna基因的抗虫甘蔗株系。1998年,ARENCIB IA等[2]报导了农杆菌介导转化甘蔗系统的成功。AREN2C IB IA等[1]采用工程菌株LBA4404 和EHA101,35S启动子驱动,潮霉素基因为选择标记, uidA 为报告基因转化甘蔗胚性愈伤。稳定的平均转化效率0194% ～ 1115% , LBA4404 转化效率优于EHA101。Elliott使用工程菌株AGL0, 35S启动子驱动选择标记基因bar, 35S 或者ubi驱动报告基因gfp,瞬时表达愈伤转化效率为513%,稳定表达的植株再生效率较低,稳定表达时ubi优于35S 启动子。美国德克萨斯州研制的转雪花莲外源凝集素(GNA)基因抗虫甘蔗研究较为深入。小蔗螟和墨西哥稻螟是美国德克萨斯州甘蔗上的主要害虫,前者通过引入天敌螟黄足绒茧蜂得到了有效的控制,后者尚未找到有效的防控措施[1] 。IRV INE等将GNA基因转入甘蔗,获得了表达量高达总可溶性蛋白019%的转基因株系,该转基因株系抗性遗传稳定,对墨西哥稻螟具有良好的抑制作用,而对小蔗螟及其天敌无显著影响。ALLSOPP等研究表明,马铃薯蛋白酶抑制剂、大豆胰蛋白酶抑制剂Ⅰ和麦胚胰蛋白酶抑制剂Ⅰ和Ⅱ、雪花莲和麦胚外源凝集素对甘蔗蛴螬均有毒害作用,尽管不同的蛴螬种有不同的肠蛋白酶,蛴螬中肠提取物的蛋白酶活性均可被上述抑制剂降低,它们使蛴螬发育减慢,死亡率增加。HER2RERA等从本地苏云金杆菌中克隆出了CryⅠA( c) 基因, 导入甘蔗, 表现抗螟虫; ARENCIB IA等[1 ]将CaMV35SP - CryIA ( b)基因导入甘蔗细胞,可抗螟虫幼虫, 但CryIA ( b) 表达水平较低。NUTT等将马铃蛋白酶抑制剂Ⅱ ( PiⅡ)和雪花莲外源凝集素基因( GNA)分别用基因枪法转入甘蔗,外源基因得到表达,用转PiⅡ株系UP87喂甘蔗蛴螬,体重只有未转化株的412% ,用转GNA的G87根系喂幼虫,只有对照体重的2016%。SETA2MOU等[6]评价了转GNA 基因甘蔗,对鳞翅目墨西哥稻螟和甘蔗螟虫生活史影响,食用转基因甘蔗的雌成虫寿命显著缩短。
我国在甘蔗遗传转化研究方面起步相对较晚,但经过近10年的努力也取得了一定的成绩。福建农林大学1997年报道基因枪法转化甘蔗胚性愈伤组织获得转N PT II基因白花苗。王自章等采用农杆菌介导法成功地将海藻糖合酶基因导入甘蔗,转基因植株抗旱性有所增强,但转化效率同样较低。早期的甘蔗遗传转化研究还用甘蔗愈伤组织为受体,采用渗透胁迫和基因枪法分别将甘蔗近缘植物的DNA导入甘蔗栽培品种。随着研究的不断深入,对甘蔗遗传转化再生体系。如胚性细胞的培养时期和转化,抗生素浓度及种类的选择、农杆菌介导法与基因介导法转化过程中的影响因素及转化基因植物的检测等方面都进行了较为详细的研究,陈平华等[4]利用基因枪法将GNA 基因导入甘蔗愈伤组织,经筛选、分化获得了一批抗性再生植株,检测获得了4株PCR阳性植株。
1.2抗除草剂转基因甘蔗
甘蔗草害严重，新植蔗和宿根蔗在芽前均要喷施灭生性除草剂或使用除草地膜，但是，除地膜成本较高，整地和播种要求较高，蔗农不乐意接受；苗前除草剂喷雾处理，大部分药剂触不到靶标而浪费掉。培育抗除草剂甘蔗品种，进而在甘蔗苗期杂草萌芽后施用除草剂，对甘蔗草害的控制和降低生产成本、减少环境污染十分有利。在南非，Leibbrandt等比u通过基因枪法获得了一个含有9拷贝pat(phosphinothricinacetyltransferase，草丁膦乙酰转移酶)基因的对除草剂草丁膦具抗性的转基因甘蔗株系，田间小区试验表明，该转基因株系抗性稳定，农艺性状未受到不利影响，通过经济效益分析，认为该株系具有较好的推广应用前景。
在美国、古巴、印度、巴西，分别获得了转bar基因抗除草剂草丁膦的甘蔗植株。
1.3抗病转基因甘蔗
美国Ingelbrecht等[7]的CP基因转入到甘蔗中，获得了高抗花叶病的转基因植株，抗性具病毒株系专化性，抗性机制与转录后基因沉默有关。Butterfield等旧驯进一步的研究表明，尽管在有性生殖过程中，外源DNA会发生重排，但多数情况下，转基因抗病性通过有性杂交传递给后代。
澳大利亚McQualter等[7]蔗斐济病毒基因组片段9的0RFl置于玉米Polyubiquitin启动予之后，采用基因枪法转化甘蔗，获得了抗甘蔗斐济病的转基因植株。
此外，美国农业部最近批准了转溶菌酶基因及转病毒CP基因甘蔗进行抗宿根矮、抗甘蔗花叶病毒和抗甘蔗黄叶病毒田间试验。
在我国，陈平华等[4]、姚伟等[3]也已将抗线虫Hslpro一1基因、抗病毒scMV—cP基因转入到甘蔗中，转基因介导的抗性尚在研究中。
1.4抗逆性转基因甘蔗
影响甘蔗生产的最大非生物逆境因子当属干早, 在甘蔗转基因抗早研究上力等把担子菌肠记动”。灰树花娇助而的海藻糖合酶基因, 转入甘蔗栽培品种中, 获得了海藻糖合酶基因正常表达的转基因植株, 转基因植株能够合成和积累海藻糖并提高了抗早性, 在自然干早条件下转基因植株产量比对照提高,含糖量比对照提高以上, 这些转基因株系已通过了安全性评估中间试验, 目前正在进行环境释放实验。巴西研究人员把巧基因成功地转入甘蔗植株中,通过扣水试验诱导脯氨酸积累, 在干早天后转基因甘蔗植株的生物量明显提高, 分析其抗早机理后, 他们认为转基因甘蔗植株在供水不足条件下, 由干早协迫诱导的脯氨酸积累作为一种抗活性氧防卫系统成分的作用大过作为一种渗透调节物。
2、 我国甘蔗转基因策略及展望
甘蔗是我国南方重要的农作物，随着产业结构调整，甘蔗种植主要集中在广西、广东、云南、海南等地，根据主栽区自然及农业生产的特点采用转基因技术对甘蔗优良品种的某些重要性状进行改良，对我国甘蔗产业具有长远的积极意义[9]。我国转基因甘蔗研究刚刚起步，作者认为，必须着重做好下列几方面的工作：
(1)开发具有自主知识产权的目的基因及基因表达调控元件。当前我国转基因植物研究的现状是国外元件内组装，具有自主知识产权的目的基因及元件很少，从长远的角度看，这将是制约我国转基因作物产业化的重要瓶颈，同样是转基因甘蔗研究不能回避的重大课题。
(2)建立高效率的甘蔗转化体系。目前，转基因在受体染色体上的整合是随机的，转基因的遗传稳定性及其表达活性在不同的转化体中存在很大差异，如果没有大量的转基因植株供筛选，就不可能获得遗传稳定、转基因性状良好、其他原有农艺性状未受破坏的转基因品种或株系。
(3)结合生产实际突出重点。当前我国甘蔗种植的特点是管理粗放，蔗区大多分布在缺乏灌溉条件的旱坡地，土壤贫瘠，长期连作，季节性干旱严重。因此，我国甘蔗转基因除需跟踪国外进行抗病虫、抗除草剂培育外，还要突出抗旱性及土壤可持续利用方面的研究。
(4)重视与常规育种的有机结合。常规育种和转基因育种各有特色，在很长一段时期内，转基因育种只能作为常规育种的一种补充[10]。叶云等[5]副研究证实转基因甘蔗可用于常规杂交育种，但杂交后代性状及基因分离情况不一定符合孟德尔遗传规律，某些性状的筛选必须在成株期进行。
(5)加强转基因甘蔗的安全管理。转基因植物的安全性还带有一定程度的不确定性，要使转基因甘蔗得以可持续发展，必须从目的基因的选用、转化过程及转化体的种植等各环节，严格按照相关安全法规进行安全性管理。

参考文献：

[1] 　黄应昆, 李文凤. 甘蔗主要病虫草害原色图谱[M ].昆明:云南科技出版社, 2002.
[2] 　汤亚飞, 周国辉. 甘蔗转基因技术及其在甘蔗改良中的应用[ J ]. 甘蔗糖业, 2005, (4) : 1 - 5.
[3] 　姚伟,余爱丽,徐景升,等. 转ScMV - CP基因甘蔗的分子生物学分析与鉴定[ J ]. 分子植物育种,2004, 2 (1) : 7 - 18.
[4] 　陈平华,林美娟,薛志平,等. GNA基因遗传转化甘蔗研究[J ]. 江西农业大学学报, 2004, 26 (5) : 741 - 748.
[5] 叶云秦新民．转基因技术在甘蔗育种中的应用．广西师范大学学报(自然科学版)，2002，20(4)：90～93
[6] 陈平华，许莉萍，陈如凯．抗线虫基因表达载体构建与转化甘蔗研究初报．中国生态业学报，2004，12(4)：57～59
[7] 李克贵，潘大仁，许莉萍．基因枪法将LEAFY基因导入甘蔗的研究．作物学报．2003，29(4)：54l～544
[8] 杨友军;甘蔗螟虫为害加深原因及防治对策[J];甘蔗;2003年02期
[9] 许莉萍,潘大仁,陈如凯;基因工程甘蔗:潜能、现状和前景[J];生物工程学报;2001年04期
[10] 　陈如凯. 现代甘蔗育种的理论与实践[M ]. 北京:中国农业出版社, 2003.