大豆转基因技术及应用研究进展

/W心幷駅界厝研究生课程论文

课程名称植物基因工程原理

授课学期 2 0 1 0学年至2 0 1 1学年

第_________ 学期

学院生命科学学院

专业生物化学与分子生物学

学号2010011138

姓名 __________ 杨文贤_______ 任课教师___________ 秦新明__________ 交稿日期___________________________

成绩________________________ 阅读教师签名______________________ 日期________________________

广西师范大学研究生学院制

大豆转基因技术及应用研究进展

摘要：目前我国已正式批准棉花、西红柿、烟草和牵牛花4种转基因作物进行商业化生产，但真正商业化生产的转基因作物只有棉花，转基因水稻的安全评价已经进入到了最后阶段。转基因大豆、玉米等转基因作物正处于中间试验和环境释放试验阶段，进入商业化推广的准备阶段。该文综述我国转基因大豆遗传转化再生体系、遗传转化方法、目的基因类型的研究进展及其产业化现状，并就我国转基因大豆的未来发展前景进行了展望。

关键词：大豆转基因转基因技术

近年来，由于转基因技术突破了生物物种间遗传物质转移和交换的天然屏障,使人类从对生物的简单认识和利用进入了可以按自己的意愿改造和创造新种质的时代［1 ］。转基因技术打破了常规育的各种局限［2 ］，并且得到迅猛发展和不断完善，现已成为大豆品质改良育种主要的且最有前途的技术手段［3 ］。自从世

界第一例转基因烟草1983年在美国问世以来，国际上已有30多个国家批准了数千例转基因植物进入田间试验，涉及的植物种类达40多种。

1大豆遗传转化再生体系研究

目前大豆遗传转化的再生体系主要有不定芽器官发生系统、体细胞胚胎发生

系统和原生质体再生系统，其中，以不定芽器官发生途径中的大豆子叶节再生体系的应用最为成熟。

1. 1不定芽器官发生再生系统

大豆不定芽器官发生体系所用的外植体包括无菌苗子叶节、未成熟种子的子叶和茎尖、无菌苗上胚轴、幼胚和小真叶等。不定芽器官发生系统中，外植体内已存在的分生组织和有分化潜力的表皮、亚表皮细胞都可作为遗传转化的靶组织。目前，大豆子叶节不定芽器官发生体系已经被公认为是较成熟、易行的大豆

再生体系。周思君等通过大豆幼胚培养诱导器官发生，获得了较高频率的再生植株［4 ］。程林梅等以大豆上胚轴、下胚轴、幼胚和小真叶为外植体，较高频率地

诱导出再生植株［5 ］。但不同基因型由于遗传和生理差异，诱导植株再生效果不同。刘博林等从大豆幼胚中诱导形成体细胞胚胎愈伤组织并分化成苗，建立了一

套再生频率较高的大豆植株再生方法［6 ］。

1. 2体细胞胚胎发生再生系统

诱导外植体胚胎发生，形成体细胞胚，胚萌发发育成为完整植株，这种再生方式称为胚胎发生途径。1983年Christianson等以未成熟胚的胚轴为材料，用改良的M S 培养基附加2， 4 -滴诱导出体细胞胚胎的发生［7 ］。1986年Barwale等报道了通过体细胞胚获得植株再生，大豆体细胞胚胎再生体系获得了初步成功［8 ］。Finer等对体细胞胚胎发生体系做了进一步改进［9 ］。Parro tt等首先采用这一体系进行农杆菌介导的大豆遗传转化［10 ］。采用胚性细胞团作为外植体，由于其位于表面，且能在很多位置形成体细胞胚，因此转化筛选都很容易。王晓春等用球形期的体细胞胚作为转基因的受体用于转化，结果表明体细胞胚团有很高的转化率（为8. 0% ），而发育晚期的子叶胚很难诱导出抗性体细胞胚，转化率为0［ 11 ］。大豆体细胞胚胎发生再生系统是目前大豆再生系统研究的一个重要部分，该再生系统有3个显著的优点［12 ］: （ 1 ）在1个培养物上所能产生的胚状体数目一般比不定芽数目多；（2）胚状体形成速度快；（3）胚状体结构完整。但是体细胞胚胎发生再生系统也存在部分后代不育、传代时间长、再生植株常出现变异等问题，仍然需要进一步优化。

1. 3原生质体再生系统

原生质体是基因转移的理想再生体系。在特定条件下，外露使原生质膜确保DNA 接触并进入原生质体。该方法不需要任何一种生物载体，而且DNA吸收是直物理过程，从而避免了宿主范围问题。1988年Wei等报道了大豆原生质体再生系统，获得愈伤组织，经诱导成苗，得到了再生植株［13 ］。Dhri等［14 ］和张贤泽等［15 ］对不同的大豆品种进行了试验，也获得了大豆原生质体再生植株。与不定芽器官发生途径和体细胞胚胎发生途径相比，原生质体再生体系具有容易摄取外

源遗传物质的优点，从理论上讲克服了大豆遗传转化嵌合体现象。但是实践证明，获得大豆原生质体再生植株十分困难，由于此系统存在操作复杂、工作量大、不易成功、培养周期过长和容易产生变异等缺点［12 ］，所以应用并不广泛。

2、大豆遗传转化技术研究

随着转基因作物种植面积的日益扩大，遗传转化技术在作物新品种培育、基因功

能研究等领域中的作用越来越大。应用于大豆育种上的转基因技术方法主要有：农杆菌介异法、花粉管通道法、基因枪法、电击法、PEG转化法、超声波

法等。经过多年的实践和优胜劣汰，多数遗传转化方法已被逐步放弃，目前国外大豆的转基因方法主要以农杆菌介导法、基因枪法为主；国内主要是超声波辅助

农杆菌转化法和花粉管通道法。

2.1农杆菌介导法

农杆菌介导法是获得第一个转基因植物的方法，迄今为止，农杆菌介导法获

得的转基因植物占转基因植物总数85%左右，它已成为植物基因转化的首选方

法。农杆菌是革兰氏阴性土壤杆菌，目前与植物基因转化有关的2种类型为：根癌农杆菌（Agrobacteriumtum efaciens和口发根农杆菌（Agrobacteriumrh izogenes），分别含有Ti质粒和R i质粒。在植物基因工程中，利用根瘤农杆菌介导的遗传转化最多。根瘤农杆菌具有趋化性，侵染受体时，在植物受伤组织产生的一些糖类和酚类物质诱导下，向受伤组织集中，通过供体和受体特异互作，农杆菌细胞识别并附着到植物细胞表面，将Ti质粒上的一段T2DNA片段导入植物细胞基因组中。农杆菌介导的遗传转化，通常以单拷贝或者低拷贝的形式将外源基因插入到植物基因组，转育周期短、重复性好、基因沉默现象少、组织培养简单［25 - 27 ］，但是转化和再生受材料基因型限制［28 ］。

2. 2基因枪法

基因枪法也叫微弹轰击法，是最有希望的基因转移技术之一。在这项技术中，DNA吸附在微载体（钨粉或金粉粒子）表面，然后以高压气体或高压放电为动力，金属微粒被射入受体植物细胞，实施转化。基因枪法最早由美国Comell大

学的Sanford等提出。获得转基因大豆的首例报道在1988年，M cCa等用基因枪轰击芽生长点，诱导芽分生组织形成丛生不定芽后再生成完整植株［2 ］。该技

术主要以大豆幼胚的胚轴、茎尖、胚性悬浮细胞和未成熟胚茎尖为转化受体，通过潮霉素筛选转化植株。基因枪转化法的优点是：（1 ）不受基因型的限制；（2 ）产生的微创有利于基因转移，因而具有较高的转化率；（3 ）能够转移多拷贝的重组DNA或者DNA片段。其缺点是比农杆菌介导法耗资大，技术难，在植物基因组中拷贝数高，易引起基因沉默等。