植物遗传转化研究进展
药用植物遗传转化和基因编辑技术研究进展
植物科学学报 2024，42（2）：242～253Plant Science Journal DOI：10.11913/PSJ. 2095-0837. 23186张云罗，吴迎梅，刘义飞，胡志刚，苟君波. 药用植物遗传转化和基因编辑技术研究进展[J]. 植物科学学报，2024，42（2）：242−253Zhang YL，Wu YM，Liu YF，Hu ZG，Gou JB. Recent progress in medicinal plant transformation and genome editing[J]. Plant Science Journal，2024，42（2）：242−253药用植物遗传转化和基因编辑技术研究进展张云罗1 #，吴迎梅1, 2 #，刘义飞1，胡志刚1 *，苟君波1, 3 *（1. 湖北中医药大学药学院，湖北省中药资源与中药化学重点实验室，湖北省时珍实验室，武汉 430065； 2. 云南师范大学生命科学学院，马铃薯科学研究院，云南省马铃薯生物学重点实验室，昆明 650500； 3. 湖北江夏实验室，武汉 430200）摘 要：植物遗传转化和基因编辑技术是后基因组时代研究基因功能的重要手段。
植物遗传转化从最初依赖组织培养的方式发展到了不依赖组织培养的直接转化方式；基因编辑技术从需要剪切特定基因片段再修复的第1阶段编辑技术，发展到了无需剪切即可在特定部位精确替换碱基或精确插入、删除片段以及大片段的第3阶段编辑技术，两种技术不断取得突破，推动着植物生物技术的飞速发展。
本文综述了植物遗传转化方法与基因编辑技术的最新研究进展，以及它们在药用植物中的应用，并对药用植物遗传转化新方法和基因编辑技术的建立进行了展望，旨在为药用植物的基因功能和分子育种研究提供技术支撑。
关键词：药用植物；遗传转化；基因编辑中图分类号：Q943.2 文献标识码：A 文章编号：2095-0837（2024）02-0242-12Recent progress in medicinal plant transformation and genome editing Zhang Yunluo1 #，Wu Yingmei1, 2 #，Liu Yifei1 ，Hu Zhigang1 *，Gou Junbo1, 3 *（1. Hubei Key Laboratory of Resources and Chemistry of Chinese Medicine, College of Pharmacy, Hubei University of Chinese Medicine, Wuhan 430065, China； 2. School of Life Science, AGISCAAS-YNNU Joint Academy of Potato Sciences,Yunnan Normal University, Y unnan Key Laboratory of Potato Biology, Kunming 650500, China；3. Hubei Jiangxia Laboratory, Wuhan 430200, China）Abstract：In the post-genomic era, both plant genetic transformation and genome editing have emerged as critical tools for gene function research. Plant genetic transformation has evolved from methods requiring tis-sue culture to new approaches that bypass tissue culture entirely. Furthermore, gene editing technology has advanced from initial techniques of targeted gene segment modification and repair to more sophisticated strategies, such as precise nucleotide substitution and targeted insertion, deletion, and segment editing at specific sites without the need for cutting. Recent advancements in both plant genetic transformation and genome editing have significantly accelerated the field of plant biotechnology. In the present paper, we review recent progress on plant genetic transformation and genome editing technologies, as well as their applica-tions in medicinal plants, providing insights into gene function analysis and molecular breeding strategies for medicinal plants.Key words：Medicinal plants；Genetic transformation；Gene editing收稿日期：2023-06-26，接受日期：2023-08-16。
猕猴桃遗传转化研究进展
猕猴桃遗传转化研究进展猕猴桃属于猕猴桃科猕猴桃属的多年生落叶藤本植物，其果实营养丰富，人体必需的矿物质、纤维素和维生素含量较高。
此外，还具有药用价值，有水果之王之美誉。
要获得高品质的猕猴桃，遗传转化无疑成为一种有效的现代生物技术。
猕猴桃属雌雄异株，倍性复杂，雌雄株间花期不遇使种间杂交困难，育种周期长，且有不确定性。
因此，需要引进新的手段和方法进行育种。
目前，猕猴桃的遗传转化已取得很大进步，本文就猕猴桃遗传转化方面的研究进展做一综述。
1 已别离与克隆的猕猴桃目的基因目前已被别离和克隆的目的基因，主要与猕猴桃果实成熟及衰老过程有关。
从1993年开始，MacDiarmid和任小林等分别成功地从猕猴桃果实中别离和克隆出ACC氧化酶基因，导入猕猴桃，均可增强猕猴桃的耐贮藏性。
1997年王春霞等建立了由根癌农杆菌介导的西瓜高效遗传转化系统，来控制植株的寿命和果实早熟或耐储藏性。
xx年宋喜贵等利用从番茄果实中别离到的ACC合成酶c DNA基因反向置于CaMV35S启动子的控制之下，并转入美味猕猴桃的愈伤组织中从而延缓植株衰老并提高其耐贮藏性。
Atkinson等从美味猕猴桃中别离克隆出PG基因。
任小林等还从美味猕猴桃中克隆了钙调蛋白c DNA。
徐昌杰等从中华猕猴桃别离出的ACC合成酶家族四个成员的基因组DNA片段。
2 猕猴桃遗传转化的方法遗传转化主要是将外源基因导入受体细胞中，使之发生定向的遗传变异。
通常利用重组DNA，组织培养或种质系统转化等技术，其方法主要有农杆菌介导法、花粉管通道法等。
目前，在猕猴桃遗传转化中应用的方法主要有农杆菌介导法、基因枪法、DNA直接摄取法等。
2.1 农杆菌介导转化法包括根癌农杆菌和发根农杆菌介导法。
该方法研究较成熟。
农杆菌介导法获得稳定转化体的频率更高且重复性更好。
2.2 基因枪介导转化法又称微弹轰击法，其将外源DNA片段包裹在微小金粒或钨粒外表，然后在高压作用下将微粒高速射入植物细胞或组织中，微粒上的外源DNA进入细胞后整合到植物染色体上，得到阳性表达从而实现基因转化。
植物遗传转化的替代方法及研究进展
万方数据３２生物技术通报ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｕｌｌｅｔｉｎ２０１１年第７期物——水稻，经过处理后的小花结实率为２０％，转化效率高达４％。
采用花粉管通道法导人外源ＤＮＡ的方法有子房注射法和柱头滴注法，花器官较大的作物，如棉花可采用子房注射法；而花器官较小的作物，如水稻则采用柱头滴注法较好。
花粉管通道法的最大优点是不依赖于植物组织培养过程，避免了组织培养过程中可能产生的体细胞变异及基因型依赖性等问题，特别适合用于难以建立有效再生体系的植物以及可以把目的基因导入任何农艺性状优良的品种中；可以直接获得转基因种子，纯合速度快，节省育种时间，在农作物的分子育种中占有独到的优势¨１。
经过不断的技术改进，花粉管通道法可以满足规模化生产转基因植物的要求。
我国推广面积最大的转基因抗虫棉基本上就是花粉管通道法结合传统育种方法培育出来的。
已有研究结果表明，通过花粉管通道法获得的转基因植株外源基因多以多拷贝插入，而且插入的位置也具有随机性，在外源基因整合过程中染色体发生了转置、缺失等突变，致使转基因后代在表型上表现出变异。
刘冬梅等＂。
对花粉管通道法获得的棉花转基因后代的主要农艺性状进行了分析，转基因后代间的形态、生育期、产量和纤维品质等有显著的变化。
利用花粉管通道法获得的棉花转基因后代，其中仅有少部分符合孟德尔遗传分离定律，多数后代的遗传分离比例变化较大，存在着遗传分离多样性。
马盾等Ｈ’分析了通过花粉管通道法获得的棉花转基因后代中外源基因的稳定性，当转基因后代种植到Ｔ３一Ｔ４代时，有外源ＤＮＡ丢失现象，呈现出外源ＤＮＡ遗传不稳定性。
花粉管通道法的重复性较差，虽然已有利用花粉管通道法成功转化大豆的报道，但Ｓｈｏｕ¨１报道，利用花粉管通道法不能成功转化大豆；花粉管通道法的转化效率一般都非常低，利用基因枪法转化黑麦的转化效率是花粉管通道法的１０倍峥１。
１．２茎尖转化法１９８８年Ｕｌｉａｎｏ¨第一个采用茎尖转化法将含有卡那霉素基因以及Ｂ一葡糖苷酸酶基因导入矮牵牛，其转化效率与采用农杆菌介导法转化矮牵牛的转化效率大致相同，而且，此方法不经过组织培养阶段，从转化到生根仅用６周，可以节省大量的时间。
茶树遗传转化体系研究进展
茶树遗传转化体系研究进展茶树（Camellia sinensis）是中国传统的经济作物之一，也是世界上最重要的饮料作物之一。
茶树叶子中富含多种生物活性物质，具有保健和药用价值。
遗传转化技术是通过导入外源基因，使目标作物获得新的性状和功能的一种方法。
近年来，茶树遗传转化体系的研究取得了很大的进展，为茶树育种和基因功能研究提供了重要的工具。
茶树的遗传转化体系研究主要包括以下几个方面：基因载体构建、遗传转化方法优化、基因稳定性和表达调控等。
基因载体构建是茶树遗传转化体系的基础。
常用的基因载体包括植物冠状病毒载体、冠状类病毒载体和叶绿体基因载体等。
研究人员通常将目标基因插入到载体中，并通过限制性内切酶酶切和DNA连接酶连接等技术将目标基因与载体DNA连接起来。
构建好的基因载体可以被导入到茶树细胞中，实现基因导入和表达。
遗传转化方法优化是实现茶树遗传转化的关键。
常用的茶树遗传转化方法包括农杆菌介导的遗传转化和基因枪法。
农杆菌介导的遗传转化是将基因载体通过农杆菌侵染茶树叶片或茶叶雄蕊等植物组织，使基因载体被茶树细胞摄取和整合到基因组中。
基因枪法则是通过高速离心将基因载体直接“射击”到茶树组织，使基因载体被茶树细胞摄取。
目前，农杆菌介导的遗传转化是茶树遗传转化的主要方法，已经在茶树中导入了多个外源基因。
基因稳定性和表达调控也是茶树遗传转化体系研究的重要内容。
基因的稳定性是指导入的外源基因在茶树代谢和遗传传递过程中是否稳定存在和表达的能力。
一些研究表明，茶树中导入的外源基因常常存在基因沉默、基因组重组和基因丧失等现象，导致外源基因的稳定性较差。
为了提高基因的稳定性，研究人员通过改变外源基因的构建和引导序列，优化导入植物细胞的条件等方法，使外源基因能够更稳定地存在和表达。
还可以通过使用组织特异性启动子和组织特异性表达子等手段，实现外源基因在茶树中的特异性表达。
茶树遗传转化体系的研究进展极大地丰富了茶树遗传改良的手段和技术，为茶树的育种和基因功能研究提供了有力的支持。
植物遗传转化研究进展
植物遗传转化研究进展重庆师范大学生命科学学院生物科学（师范）专业2009级指导教师摘要：植物遗传转化是一项农业生物技术，它通过某种途径或技术将外源基因导入受体细胞的全基因组中，并使之在受体细胞中得以充分表达。
目前一些重要农作物转基因品种已经或即将投入到实际应用，随着研究的不断深入,本文对植物遗传转化的技术作出了新的展望。
关键词：植物遗传转化；植物遗传转化方法；应用；进展Abstract：Plant genetic transformation is a kind of agricultural biotechnology.It delivers to the whole-genome of receptor cells through a certain approach or technique to make the exogenous genes fully expressed in receptor cells. At present, genetically modified varieties of some important crops have been or are about to put into the practical use. with the deepening of the research,this paper makes a new outlook of the plant genetic transformation technology.Key words: Plant genetic transformation; the approaches of plant genetic transformation; application; progress植物遗传转化是指以植物的器官、组织、细胞或原生质体作为受体，通过某种技术或途径转入外源基因，获得使外源基因稳定表达的可育植株。
农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究
农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究植物遗传转化技术是一项广泛应用于作物改良和生物制药领域的重要技术手段。
其中农杆菌介导的植物遗传转化技术是目前最为常用和成熟的一种转化方法。
本文将对农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究进行介绍和探讨。
一、农杆菌介导的植物遗传转化技术原理农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）是一种土壤杆菌，是一种天然的植物病原菌。
它通过菌体上存在的Ti质粒（tumor-inducing plasmid）和T-DNA（transfer DNA）片段，将外源DNA片段导入植物细胞并整合到植物基因组中，导致细胞核内出现转化的植物细胞。
因此，农杆菌介导的植物遗传转化技术也被称为农杆菌转化。
农杆菌介导的植物遗传转化技术包括以下几个步骤：农杆菌感染植物细胞、T-DNA整合进入植物细胞、T-DNA片段内的外源DNA导入植物细胞基因组、以及转化细胞的筛选和检测等。
其中，农杆菌感染植物细胞是整个转化过程的关键步骤，需要通过构建合适的载体和适当的农杆菌菌株，使其能够有效地感染到目标植物细胞。
二、农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究进展农杆菌介导的植物遗传转化技术已经被广泛应用于许多作物品种的改良和基因功能研究中。
例如，利用农杆菌转化技术可将外源基因导入烟草、玉米、水稻、小麦、大豆等许多重要的作物中，实现对它们特性的改良。
在农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究和应用中，也出现了许多问题。
其中，影响转化效率的因素包括转化载体、农杆菌菌株、植物品种、转化条件等。
此外，还存在着难以破解的难题，例如植物细胞壁难以透过、转化后细胞的不稳定性、外源基因的稳定性等。
为了提高转化效率和成功率，许多研究者着眼于改进农杆菌转化系统，包括构建新的载体、筛选适合的农杆菌菌株、研究植物细胞壁和农杆菌感染机制等。
一些新型转化技术，例如粒子轰击法、激光微加工技术和等离子膜处理技术等，也被尝试用于植物遗传转化中，但它们还需要进一步的研究和优化。
茶树遗传转化体系研究进展
茶树遗传转化体系研究进展茶树是世界上最重要的经济作物之一，也是我国特色农产品。
传统的育种方法需要长时间的筛选和选择，效率低，而基因工程技术可以提高育种效率和茶叶品质。
在茶树遗传转化方面，已经有很多研究取得了重要进展。
首先是基因载体的选择。
初期常常使用农杆菌介导的转化方法，其中的重要挑战之一是找到合适的载体。
目前常用的载体有植物表达质粒、农杆菌感染质粒和农杆菌载体。
植物表达质粒通常是从其他物种中获取的，包括35S CaMV启动子、nos启动子，以及靶向茶叶基因的启动子。
这些质粒中会包含筛选标记或转录因子。
农杆菌感染系统包括开放式操作（放线菌素、辛-杀菌素，以及辛醇）和闭合式操作（特殊酵素消化膜壳），是其中比较成熟的一种，适用于多种植物物种，包括茶树。
农杆菌载体则基于自然界中存在的菌株，可以将目标基因导入植物细胞。
其次是基因导入后的表达和鉴定。
在茶树中，GFP荧光蛋白和GUS酶是最常用的标记物质。
在许多研究中，这些标记物质已被用来确认外源基因的成果和活性。
此外，PCR和Southern blotting检测方法可以做到更高的灵敏度。
蛋白质印迹法可以用来检测蛋白质表达是否成功，以及定量外源蛋白在植物中可行性研究。
最后是转基因茶树的应用。
茶树中存在许多重要的基因，在新茶叶生产和茶叶品质方面表现出重要作用。
比如，茶多酚合成途径中的酪氨酸和儿茶素双加氧酶基因转入大叶种茶树中，在儿茶素含量、离子含量、抗氧化能力等方面都取得了有趣的成果。
另外，转入upb1基因，也会显著提高茶叶中的多酚类物质含量和抗氧化能力。
总之，茶树基因工程的发展为茶叶科研和生产提供了新的途径和机会，同时，也还需要进一步的研究完善各项技术，以便更好地实现茶树的遗传转化。
茶树遗传转化体系研究进展
茶树遗传转化体系研究进展茶树是世界上最古老的观赏植物之一，也是世界上三大饮料树之一，其主要产地在中国，茶叶在中国有着悠久的历史，被誉为“中国国饮”。
茶树遗传转化体系研究是茶叶生产领域的一个重要研究领域，对于茶叶的产量和质量的提高具有重要意义。
本文将对茶树遗传转化体系研究的进展进行介绍。
一、茶树遗传转化的意义茶树属于古老的且与人类关系密切的植物，其遗传资源的开发利用对于提高茶树的产量和品质具有非常重要的意义。
通过茶树遗传转化，可以改良茶树的株型、抗病性、耐逆环境能力，提高茶树产量和品质。
茶树遗传转化体系研究已经成为茶叶生产领域的一个研究热点。
茶树遗传转化的方法主要包括基因工程、体细胞遗传学和分子标记辅助选择等几种方法。
1.基因工程基因工程是通过人为的方法对茶树进行基因的改变和转移，常用的包括嗜冷菌基因、抗病基因等。
这些外源基因通过转化技术导入到茶树中，改变茶树的性状，从而提高产量和品质。
2.体细胞遗传学体细胞遗传学是通过离体培养茶树组织细胞，然后进行基因转移或诱发突变等方法来改良茶树的性状。
3.分子标记辅助选择分子标记辅助选择是通过分子标记对茶树基因进行鉴定和筛选，选择出优良的基因型，然后进行杂交育种。
这些方法都在一定程度上提高了茶树的产量和品质，为茶树遗传转化的研究提供了重要的技术手段。
1. 基因工程技术在茶树中的应用基因工程技术是茶树遗传转化体系研究中的一个重要手段，通过基因工程技术可以向茶树导入抗病基因、耐逆基因等，提高茶树的抗病性和适应能力。
研究表明，嗜冷菌基因的导入可以使茶树提高抗寒性，抗冻性和适应寒冷的能力，进而提高产量和品质。
2. 体细胞遗传学在茶树中的应用体细胞遗传学是茶树遗传转化体系研究中的另一个重要手段，通过体细胞遗传学可以诱发茶树的突变，产生新的花色、叶色、抗病性等优良性状。
体细胞遗传学还可以对茶树进行遗传改良，提高其产量和品质。
3. 分子标记辅助选择在茶树中的应用分子标记辅助选择是茶树遗传转化体系研究中的又一重要手段，通过分子标记辅助选择可以鉴定茶树基因型，挑选出优良的基因型进行育种。
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植物遗传转化研究进展
一、植物遗传转化技术的发展
目前，基因枪法是最常用的植物遗传转化技术之一、该方法通过将特
定基因或外源DNA片段载入微粒或金属微粒表面，并利用高能量加速器，
将其“枪射”入植物细胞中。
这种方法具有转化效率高、转基因植物种类
广等优点。
另一个常用的植物遗传转化技术是农杆菌介导的转化法。
该方法通过
注射农杆菌悬浮液进入植物受体细胞中，利用特定的农杆菌转移DNA到植
物基因组中。
农杆菌介导的转化法具有转化效率高、适用范围广的特点。
二、植物遗传转化应用领域
在农业领域，植物遗传转化技术可以用于改良作物的抗性能力，提高
作物产量和品质，并改善作物的耐盐碱、耐旱、抗虫等性状。
例如，通过
转入抗虫基因，可以使作物具备抵抗虫害的能力，从而减少农药的使用，
达到生态环境保护的目的。
同时，植物遗传转化技术也可以用于改良作物
的适应能力，使其能够在恶劣环境下存活和生长。
在医药领域，植物遗传转化技术可以用于生产重要药物和疫苗。
通过
将相关基因导入植物中，利用植物生长发育的能力，可以大量生产特定蛋
白质，从而制取药物和疫苗。
这种方法不仅生产成本低，还减少了对动物
的依赖，有利于提高疫苗的安全性。
在环境领域，植物遗传转化技术可以用于修复受到污染的土壤和水体。
通过将相关基因导入植物中，使其能够吸收和转化毒性物质，从而达到治
理污染的目的。
这种方法被广泛应用于石油污染地区、重金属污染地区等。
三、植物遗传转化的研究进展
随着植物遗传转化技术的发展，人们不断探索新的方法和途径，以提高转化效率和稳定性。
此外，人们也在探索非转基因的植物遗传改良方法。
在非转基因改良中，人们通过引入RNA干扰技术、微量RNA技术等方法，通过调控内源基因的表达来改变植物的性状。
这种方法避免了外源基因的导入，从而减少了对转基因植物的争议。
总的来说，植物遗传转化技术在农业、医药和环境等领域有着广泛的应用和研究。
随着科学技术的不断进步，植物遗传转化技术将为人类创造更多的可能性和机会。