小麥轉(zhuǎn)基因研究進展

1、轉(zhuǎn)基因小麥研究進展及前景1轉(zhuǎn)基因小麥研究進展及前景摘要：自第一株轉(zhuǎn)基因小麥報道以來，小麥轉(zhuǎn)基因育種研究發(fā)展迅速，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)實現(xiàn)的小麥遺傳轉(zhuǎn)化彌補了經(jīng)典小麥育種的不足，突破了可利用基因庫的限制，取得了可喜的進展。簡要介紹了基因槍法、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和花粉管通道法等基因轉(zhuǎn)化方法在小麥遺傳轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用，討論了轉(zhuǎn)基因技術(shù)在獲得抗除草劑、抗病蟲、抗逆、改良品質(zhì)和雄性不育轉(zhuǎn)基因小麥植株等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀及其存在的主要問題與對策。關(guān)鍵詞：小麥；轉(zhuǎn)基因；

2、分子育種；進展采用遠緣雜交技術(shù)將小麥野生近緣物種中的有益外源基因?qū)胄←溤耘嗥贩N，對其抗性、品質(zhì)、產(chǎn)量的提高發(fā)揮了重要作用。但由于雙親親緣關(guān)系較遠造成雜交不結(jié)實、雜種不育、雜種后代長期分離、預(yù)見性差，使該技術(shù)在小麥遺傳改良上的應(yīng)用受到一定限制。植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)被證明是進行外源基因定向轉(zhuǎn)移獨特而有力的手段，一定程度上補充或改進了傳統(tǒng)的育種方法。通過植物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)，可以按照需要，將有遺傳信息的DNA片段即目的基因進行人工重組，在離體條件下轉(zhuǎn)

3、入宿主細胞進行復(fù)制、表達，定向改造植物，可以打破基因流的界限，而且大大縮短育種周期。小麥是舉世公認的最難轉(zhuǎn)化的重要農(nóng)作物之一，且轉(zhuǎn)基因研究起步較晚，經(jīng)過許多學(xué)者十幾年的不懈努力，取得了長足的進展。目前，幾乎所有的作物都開展了轉(zhuǎn)基因研究，育種目標涉及到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、兼抗性及多用途等諸多方面，一批抗逆性（如抗病、抗蟲、抗除草劑）轉(zhuǎn)基因作物已進入商品化生產(chǎn)階段。美國研制成功的世界第一例抗草甘磷除草劑轉(zhuǎn)基因小麥已經(jīng)通過安全性試驗；抗草胺膦轉(zhuǎn)

4、基因小麥、抗咪唑啉酮轉(zhuǎn)基因小麥、高蛋白轉(zhuǎn)基因小麥、抗蟲和耐鎮(zhèn)草寧除草劑轉(zhuǎn)基因小麥、抗蚜蟲轉(zhuǎn)基因小麥、抗小麥黃花葉病毒轉(zhuǎn)基因小麥，以及抗白粉病、赤霉病和黃矮病的轉(zhuǎn)基因小麥正在田間釋放[12]；高分子量谷蛋白亞基轉(zhuǎn)基因小麥[3]、轉(zhuǎn)TrxS基因抗穗發(fā)芽小麥新品系已進入中試階段[4]。近年來，中國在小麥轉(zhuǎn)基因方面也取得了初步的進展，并獲得了一批具有抗病蟲、抗逆境及改善品質(zhì)的轉(zhuǎn)基因小麥新材料，部分品系已經(jīng)進入環(huán)境釋放階段。本文概述了小麥轉(zhuǎn)基因研

5、究常用遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)及其在小麥遺傳改良中的應(yīng)用，討論了存在的主要問題及采取的應(yīng)對措施。1小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指用人工方法將外源基因或DNA導(dǎo)入小麥細胞，使之穩(wěn)定地整合、表達并遺傳的綜合技術(shù)。小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)可根據(jù)轉(zhuǎn)化目的基因否需要通過組織培養(yǎng)再生植株分為兩大類，第一類需要通過組織培養(yǎng)，常用的方法有農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基轉(zhuǎn)基因小麥研究進展及前景3胚及其生成的初生愈傷組織為外植體，極大地縮短了獲得轉(zhuǎn)基因植株的時間，同時將基因型擴大到3個。W

6、eeks、Becker等分別以未成熟胚和幼胚盾片為外植體，通過基因槍法獲得了轉(zhuǎn)基因抗除草劑小麥，后者還建立了較完整的轉(zhuǎn)化體系[16]。Nahra等以分離的盾片為轉(zhuǎn)化受體，用基因槍法成功地將外源基因?qū)胄←淸17]。肖興國等以小麥幼胚和花藥愈傷組織為受體，利用基因槍法進行了小麥轉(zhuǎn)化實驗研究[18]。徐瓊芳等以未成熟胚誘導(dǎo)的愈傷組織為材料，通過基因槍法獲得了0.49%的轉(zhuǎn)化率[19]。龐俊蘭等利用基因槍共轉(zhuǎn)化法，將小麥土傳花葉病毒外殼蛋白基

7、因CWMVCP1和Bar基因?qū)霌P麥158，獲得了0.99%的轉(zhuǎn)化率[20]?；驑尫ǖ霓D(zhuǎn)化受體廣泛，可以是胚性懸浮細胞、愈傷組織、未成熟胚等，以幼胚組織為最好[21]。用“手持式”基因槍轟擊小麥胚頂端分生組織、營養(yǎng)體頂端分生組織和花序分生組織，均可獲得外源基因瞬時表達和轉(zhuǎn)基因植株[22]。此外，基因槍法可以實現(xiàn)多基因轉(zhuǎn)化[23]。目前，90%以上的轉(zhuǎn)基因小麥是通過基因槍法獲得[19]。與此同時，基因槍法也存在轉(zhuǎn)化率較低，以及轉(zhuǎn)化成本較

8、高，嵌合體不易排除等缺點。進一步優(yōu)化基因槍轉(zhuǎn)化小麥的體系，選擇和應(yīng)用最佳參數(shù)是進一步提高基因槍法轉(zhuǎn)化頻率的關(guān)鍵。1.3農(nóng)桿菌介導(dǎo)法自1983年第一株以農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因煙草問世以來，農(nóng)桿菌法很快就成為雙子葉植物基因轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要方法。截止20世紀90年代初，人們一直認為禾谷類作物不在農(nóng)桿菌的宿主范圍之內(nèi)，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化單子葉植物不大可能。小麥更是如此。Moony等最早嘗試根癌農(nóng)桿菌對小麥的轉(zhuǎn)化，但是并沒有轉(zhuǎn)基因植株的再生[24]。隨后，

9、ChenMing等以未成熟胚、預(yù)培養(yǎng)的未成熟胚和胚性愈傷組織為材料，建立起農(nóng)桿菌介導(dǎo)的小麥快速轉(zhuǎn)化體系[25]。接著，夏光敏、葉興國等分別利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法獲得了轉(zhuǎn)基因植株，并經(jīng)分子檢測和遺傳分析證明外源基因能夠穩(wěn)定表達和遺傳[26，27]，王永勤等對影響小麥農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化的因素作了系統(tǒng)研究，為進一步應(yīng)用該方法奠定了基礎(chǔ)[28]，黃益洪等利用含有Bar基因和Gus基因的MiniTi質(zhì)粒對6種農(nóng)桿菌介導(dǎo)小麥轉(zhuǎn)化進行研究，部分植株實現(xiàn)了外源基因的

10、成功轉(zhuǎn)化[29]，葉興國等利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法獲得導(dǎo)入幾丁質(zhì)酶和β13葡萄糖酶雙價基因的轉(zhuǎn)基因植株[30]。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法操作簡便，成本低，可以轉(zhuǎn)移較大的DNA片段，其基因插入的低拷貝性，有利于克服基因失活。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法不需要原生質(zhì)體培養(yǎng)再生的過程，不同組織均可作為其轉(zhuǎn)化受體。此外，基因槍法與農(nóng)桿菌法相結(jié)合的“Agrolistic”法，碳化硅纖維輔助的農(nóng)桿菌法，超聲波輔助的農(nóng)桿菌法，以及農(nóng)桿菌法與病毒相結(jié)合的“Agroinfection”法等