小麦转基因研究进展
小麦转基因方法及其评述
HEREDITAS (Beijing) 2011年5月, 33(5): 422―430 ISSN 0253-9772 综 述收稿日期: 2010−10−09; 修回日期: 2010−12−04基金项目:国家重大科技专项(编号：2008ZX08010-004)资助作者简介:叶兴国, 博士, 研究员, 博士生导师, 研究方向: 小麦生物技术育种。
E-mail: yexg@网络出版时间: 2011-04-02 17:53:03URL: /kcms/detail/11.1913.R.20110402.1753.005.htmlDOI: 10.3724/SP.J.1005.2011.00422小麦转基因方法及其评述叶兴国, 陈明, 杜丽璞, 徐惠君中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081摘要: 小麦是遗传转化比较困难的作物之一。
为了克服小麦基因工程育种和功能基因组学研究的障碍, 人们分别尝试利用基因枪、花粉管通道、超声波、离子束注入、激光微束穿刺、PEG(Polyethylene glycol)、电击和农杆菌等方法转化小麦, 涉及的受体材料包括幼胚、成熟胚、花药愈伤组织、幼穗、芽尖和花器官。
文章对小麦主要遗传转化方法及其应用进行了介绍、回顾和评述, 分析、比较了获得安全型转基因小麦的几种策略, 以期增强读者对小麦转基因技术和进展的了解, 促进小麦转化技术的持续改进和提高。
关键词: 小麦; 遗传转化Description and evaluation of transformation approaches used in wheatYE Xing-Guo, CHEN Ming, DU Li-Pu, XU Hui-JunInstitute of Crop Sciences , Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beijing 100081, ChinaAbstract: Genetic transformation is a valuable tool for direct crop improvement and functional genomics study. Unfortu-nately, wheat is considered as a recalcitrant plant to genetic transformation due to its low efficiency and genotype depend-ency. To overcome these problems, various transformation methods such as biolistic bombardment, Agrobacterium tumefa-ciens , pollen-tube pathway, ion implantation, laser microbeams puncture, treatment with polyethylene glycol and ultrasonic wave, and electroporation have been reported in wheat using various types of explants including immature embryos, mature embryos, anthers derived calluses, inflorescences, apical meristems, and other floral organs. In this review, several major transformation approaches and their applications in wheat are reviewed, and potential strategies for the development of safe transgenic wheat plants are discussed. The objective of this review is to provide an update on current status of wheat trans-formation, and to stimulate further research for improving transformation efficiency in wheat.Keywords: wheat; genetic transformation小麦是世界上重要的粮食作物之一, 与社会经济发展、粮食安全供给和人类营养健康密切相关。
山东农科院小麦转基因育种技术国际领先
山东农科院小麦转基因育种技术国际领先小麦育种正面临前所未有的挑战,是因为可以利用的小麦资源越来越少，而传统杂交育种技术无法实现物种间的基因交流。
近日,由山东省农业科学院作物所主持完成的“高效小麦转基因技术的引进与创新”项目通过第三方评价，达到了国际同类研究的先进水平,为我国小麦转基因育种技术开辟了新路径。
山东省农业科学院有关专家告诉记者，这种转基因技术可以使不同物种间的基因进行有效组合，拓展基因资源利用范围，为小麦资源创新和品种选育提供了新的机遇。
如此前一些仅靠常规育种技术难以达到的目标，目前通过基因工程与常规育种的结合就有望得到实现，如利用异源基因提高小麦的抵抗力，培育具有特异营养价值的新品种和实现小麦杂交制种等。
据介绍，在主要农作物中，小麦属于遗传转化比较困难的作物，转化效率较低、重复性较差、转化规模较小，基因工程育种进程明显落后于大豆、玉米、棉花、水稻等作物。
目前，应用于小麦的转基因技术主要包括基因枪介导法和农杆菌介导法。
就农杆菌介导法而言，由于成本低、基因低拷贝插入几率高，表达效率高而成为目前最受欢迎的基因转化方式。
但侵染农杆菌后的小麦愈伤组织往往不再继续分化，很难获得再生植株，因此如何建立高效的小麦基因转化技术体系成为世界性难题。
转基因技术是进行功能基因组学和分子育种研究的有效工具。
山东省农业科学院作物所小麦分子育种课题组依托引进的国外技术，再进行深入分析该技术的优缺点，自主发明了幼穗拯救生产转基因小麦的方法。
他们通过受体材料栽培条件、农杆菌灭活方法、愈伤组织切割等方面调整优化，使小麦转基因效率最高可达76%，阳性苗率达到100%；他们还对小麦主栽品种和高代品系进行了成熟胚、幼胚、幼穗培养能力的研究，筛选出5个再生能力强的冬小麦品种。
目前，该院作物所已建成人工气候室、接种室、培养室等高标准小麦转基因硬件设施，培养了包括6名博士在内的10人分子育种团队，成功研究出适于主栽小麦品种的高效农杆菌小麦转基因技术体系，打造了国际先进的高通量小麦转基因技术平台。
小麦基因功能和遗传调控机制的研究
小麦基因功能和遗传调控机制的研究小麦（Triticum aestivum L.）是世界上最重要的农作物之一，其种植面积和产量均居全球首位。
然而，由于现代农业生产的高度依赖育种技术，小麦的品种改良和适应性研究成为当前农业发展的热点问题之一。
近年来，随着生物技术的快速发展和基因组学的兴起，小麦基因功能和遗传调控机制的研究也得到了长足的进展。
一、小麦基因组研究小麦的基因组规模巨大，由6组42条染色体组成，基因数量高达亿级别。
面对如此复杂的基因体系，传统的遗传学研究方法很难有效地发掘和利用这些基因资源。
为了解决这一难题，科学家们先后进行了小麦全基因组测序和功能基因组学研究。
这些研究为小麦基因功能和遗传调控机制的解析提供了重要的参考和基础。
二、小麦基因功能研究小麦基因功能研究主要包括基因定位、表达鉴定、遗传变异鉴定和功能验证等方面。
通过这些研究手段可以深入了解某个特定基因在小麦生长发育中的作用及其机制，在育种方面也有着重要的应用价值。
例如，小麦耐逆性是育种研究中十分重要的一个指标，胁迫响应相关基因的鉴定与功能分析可以为小麦生产提供有力的技术支持。
三、小麦遗传调控机制研究小麦遗传调控机制研究是基因功能研究的延伸，它探究的是基因与基因之间的相互作用及其对小麦生长发育和适应性的综合影响。
小麦中有很多基因是受到多种内部和外部因素的共同调节的，如激素、光周期、温度、水分、盐碱质等。
基于遗传调控机制的研究可以深入了解小麦的逆境适应机理，并为育种研究提供新的思路和方法。
总之，小麦基因功能和遗传调控机制的研究是农业科技和基因研究领域的一项重要课题，它涉及多个学科的交叉和融合。
近年来，随着各种新技术和新方法的不断涌现，我们对小麦基因组和遗传调控机制的认识将会越来越深入，为小麦的改良和发展提供不竭的动力。
小麦基因组学的研究进展
小麦基因组学的研究进展小麦是全球重要的粮食作物之一，对于保障全球粮食安全发挥了重要作用。
小麦基因组学的研究，则为小麦育种和生产提供了重要的理论和技术支持，成为现代农业的重要方向之一。
本文将对小麦基因组学的研究进展进行探讨。
一、小麦基因组的测序小麦基因组的测序是小麦基因组学的重要组成部分，也是小麦基因组学发展的重要里程碑。
小麦基因组的测序主要包括两个方面，一个是小麦的芯片测序，另一个是小麦的全基因组测序。
目前，小麦芯片测序已经相对成熟。
芯片技术可以同时检测小麦的几千万个位点，为小麦遗传基础的研究提供了强有力的技术手段。
另一个是小麦的全基因组测序。
2001年，国际小麦基因组组织启动了全球性的小麦基因组计划。
经过多年的努力，2018年，国际小麦基因组计划宣布实现了小麦比较完整的全基因组测序，该测序覆盖了小麦的17条染色体，包括了98%以上的小麦基因组。
小麦基因组的测序为小麦基因组学的深入研究提供了资料基础。
二、小麦功能基因组学的研究小麦是经济作物之一，其抗逆性和品质等性状都是决定其生产价值的重要因素。
而小麦的性状表现则受到多种基因的综合影响，这就需要对小麦的功能基因组学研究进行深入。
小麦的功能基因组学主要包括三个方面。
一是小麦基因表达谱的解析；二是小麦基因功能的研究；三是小麦基因调控网络的分析。
通过这些研究，人们逐步揭示了小麦基因功能的多样性和信号传递机制。
这对小麦抗逆、品质改良等方面的研究，以及小麦新品种选育等具有重要意义。
三、小麦基因转化及基因编辑技术的研究小麦基因转化和基因编辑技术是小麦基因组学的另一个重要组成部分。
目前，小麦基因转化的主要方法有农杆菌介导转化、生物弹道转化、电穿孔等。
通过这些技术可以使小麦中具有重要生理功能的基因进行定向调整，促进小麦的抗逆、品质改良等方面的发展。
与之类似，基因编辑技术同样为小麦的基因调控带来了新的希望。
它可以使基因进行更为精准的调整，甚至可以进行特异性修剪和替换。
小麦遗传育种的进展与应用
小麦遗传育种的进展与应用近年来，随着生物技术的不断发展，小麦遗传育种科技也在不断地提高。
小麦不仅是人们的主要粮食作物之一，还是世界上最主要的经济作物之一。
因此，小麦遗传育种对于促进农业发展、保障粮食安全、推进乡村振兴等具有非常重要的意义。
本文将重点介绍小麦遗传育种的进展与应用。
一、小麦基因组测序技术的发展小麦基因组测序是小麦遗传育种的重要技术之一。
随着测序技术的不断进步，小麦的基因组测序工作已经取得了一系列的成果。
2005年，小麦基因组测序工作正式启动，经过10年的努力，小麦A基因组、B基因组和D基因组分别被测序完成。
2018年，针对小麦的整合性基因组测序工作正式完成。
这项工作的完成，为了解小麦基因组结构、功能和演化等提供了重要的基础。
更重要的是，小麦基因组测序为进一步遗传育种和转基因育种提供了更有力的技术支撑。
二、小麦育种技术的发展随着生物技术的应用，小麦育种技术也在不断地提高。
小麦育种技术涉及到小麦的多个方面，包括小麦的品质、抗病性、适应性等。
a) 小麦品质改良技术小麦品质是小麦作为食品材料的主要指标。
小麦品质改良技术是小麦育种的重要组成部分之一。
传统的小麦品质改良技术主要是在育种过程中筛选优良品种。
近年来，随着基因工程技术的不断发展，越来越多的研究人员利用基因编辑技术和基因工程技术来改良小麦品质。
这些技术使得小麦的品质改良更加高效和精准。
b) 小麦抗病育种技术小麦是受很多病害和害虫危害的作物之一。
小麦抗病育种技术是指利用小麦遗传基础和相关技术，培育出抗病性更强的小麦品种。
传统的小麦抗病育种技术主要是利用育种过程中的自然遗传变异来实现。
但是由于传统育种方法的方式受到时间、资源等方面的限制，在达到理想的效果上有所欠缺。
因此，基因工程技术被广泛应用于小麦抗病育种方面。
利用基因工程技术可以将目标基因引入小麦基因组中，从而使得小麦具有更强的抗病性。
c) 小麦适应性改良技术小麦适应性是指小麦对环境变化的适应能力。
小麦遗传转化方法研究进展
小麦遗传转化方法研究进展
王顺利;王轲;韩晓峰;晏月明
【期刊名称】《首都师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2008(029)006
【摘要】目前小麦遗传转化尽管有多种方法,但转化效率仍然很低,一个重要原因是遗传转化方法尚不成熟,因此建立合适的转化方法是小麦遗传转化成功的关键.本文综述了小麦基因枪转化、农杆菌介导的遗传转化和花粉管通道法等几种重要遗传转化方法研究的最新进展,分析了各种方法的基本原理、优缺点及其影响因素.最后对小麦遗传转化研究中存在的主要问题进行了总结,并展望今后的研究重点与发展趋势.
【总页数】7页(P52-58)
【作者】王顺利;王轲;韩晓峰;晏月明
【作者单位】首都师范大学生命科学学院,北京,100048;首都师范大学生命科学学院,北京,100048;首都师范大学生命科学学院,北京,100048;首都师范大学生命科学学院,北京,100048
【正文语种】中文
【中图分类】Q342
【相关文献】
1.农杆菌介导小麦遗传转化方法的优化与应用 [J], 张磊;李国领;张建周;张德奇
2.油菜遗传转化方法的研究进展 [J], 涂世伟;郭万里;蒋立希;潘建伟
3.小麦遗传转化方法的研究进展 [J], 于晓红;柴进
4.大豆遗传转化方法及再生体系研究进展 [J], 王立平; 何展泳; 年海; 王宏杰; 马启彬
5.大豆遗传转化方法的研究进展 [J], 苏哲正;邢子烟;朱晨博;曲迪;上官艺馨;滕卫丽因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
小麦成熟胚组织培养及遗传转化研究进展_陶丽莉
麦类作物学报 2008,28(4):713-718Journal of Triticeae Crops小麦成熟胚组织培养及遗传转化研究进展陶丽莉1,殷桂香2,1,叶兴国1(1.中国农业科学院作物科学研究所/农业部作物遗传育种重点实验室/国家基因资源与遗传改良重大科学工程,北京100081;2.长江大学农学院,湖北荆州434025) 摘 要:小麦成熟胚转化体系的建立对促进小麦基因工程研究和功能基因组研究具有重要意义。
小麦成熟胚具有取材方便、不受季节限制等优点,已成功应用于小麦组织培养及遗传转化研究,可望取代幼胚成为小麦遗传转化的方便受体。
本文就目前小麦成熟胚组织培养及遗传转化研究进行了综述,目的是为进一步建立和完善小麦成熟胚再生体系和转化体系提供参考。
目前国内外采用较多的小麦成熟胚培养方式主要有完整成熟胚培养、胚乳支撑成熟胚培养、成熟胚刮碎培养和成熟胚切割培养等。
对培养基中激素种类、浓度配比的优化也进行了较多研究,并取得了一定结果。
利用基因枪轰击法和农杆菌介导法转化小麦成熟胚均成功获得了转基因植株,证明小麦成熟胚及其愈伤组织作为受体进行遗传转化研究具有可行性。
关键词:小麦;成熟胚;组织培养;遗传转化 中图分类号:S512.1;S336 文献标识码:A 文章编号:100921041(2008)0420713207Progress Outline of Wheat Tissue Culture and G enetic T ransformationby Using Wheat Mature Embryos As ExplantsTAO Li2li1,YIN G ui2xiang2,1,YE Xing2guo1(1.National Key Facilities for Crop Gene Resources and Genetic Improvement,Key Laboratory for Crop Genetics and Breedingof Agricultural Ministry,Crop Sciences Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing100081,China;2.Agronomy College of Yangtze University,Jingzhou,Hubei434025,China)Abstract:Wheat mat ure embryo has been regarded as a high potential explant s for plant regeneration and genetic t ransformation because of some distinguish advantages such as easy collection all t he year round,consistent p hysiological stat us and econo mic experiment p rocess.In t he last ten years a great success has been achieved on t he tissue cult ure and t ransformation of wheat by using mat ure embryos worldwide.To get good regeneration system,t he mat ure embryo s are tested to be cult ured by several ways including whole embryo cult ure,endosperm2supported embryo cult ure,t hin embryo fragment s cult ure,and cutting embryo cult ure t reat ment s.The effect s of concent rations and combinations of va2 rious growt h regulators on callus induction and plant regeneration have also been st udied,and some a2 vailable result s obtained.U sing t he mat ure embryo s as target tissues,transgenic plant s have been re2 ported mediated wit h Agrobacterium technique and biolistic particle approach,proving t he bright pos2 sibility of t he explant s employed in wheat t ransformatio n.We summarized here t he progress of wheat mat ure embryo cult ure and t ransformation to p rovide reference for t he optimization of t he bot h sys2 tems.Efficient systems of t he wheat mat ure embryo cult ure and t ransformation will remarkably p ro2 mote wheat genetic engineering improvement and f unctional genomics st udy.K ey w ords:Wheat;Mat ure embryo s;Tissue cult ure;Transformation3收稿日期:2008202205 修回日期:2008205220基金项目:国家“863”项目(2007AA10Z129)。
小麦遗传转化方法及其研究进展
小麦遗传转化方法及其研究进展资源与环境学院姓名：漆海龙学号：3115701060摘要:在粮食作物中，小麦属于遗传转化最为困难的作物，加上转基因研究起步较晚，基因工程育种进程明显落后于其它作物。
随着基因枪的问世、新的选择标记基因和高效启动子的运用，1991年以后小麦转基因研究开始增多。
目前小麦遗传转化尽管有多种方法, 但转化效率仍然很低, 一个重要原因是遗传转化方法尚不成熟, 因此建立合适的转化方法是小麦遗传转化成功的关键. 本文综述了小麦基因枪转化、农杆菌介导的遗传转化和花粉管通道法等几种重要遗传转化方法研究的最新进展, 分析了各种方法的基本原理、优缺点及其影响因素. 关键词:小麦遗传转化, 基因枪法, 农杆菌介导法, 花粉管通道法正文：小麦是世界上最重要的粮食作物之一, 在中国是仅次于水稻的第二大作物，也是人类重要的植物蛋白质来源( 约占谷物蛋白质的38% ) . 其种植面积和产量约占谷物种植面积的30%. 小麦面粉约含70%~ 80% 的淀粉.通过遗传转化可以打破物种之间的遗传限制，利用转基因技术将外源基因导入小麦，可以实现新品种的定向改良，从而创造新的小麦品种。
与国外小麦相比, 我国小麦的蛋白质总量不低, 但是在加工品质上有较大差距, 主要原因是我国小麦贮藏蛋白缺少优质蛋白质亚基。
目前在小麦品质改良领域中主要有两个热点:一是通过特异地改变某些亚基的构成与比例, 增加小麦中蛋白质及必需氨基酸含量来改良其营养品质, 进而提高烘烤品质. 二是调节淀粉生物合成途径, 以培育直链淀粉含量少甚至没有蜡质的小麦品种,提高其加工品质. 近几年来,基因工程技术的发展和完善, 为小麦品种改良提供了一条新的途径. 小麦转基因研究大多采用授粉后13～14 d 的幼胚为受体材料，表达载体构建中普遍采用Ubi、E35S 等启动子和bar、nptⅡ、EPSPS 等筛选标记基因，筛选剂一般使用Bialaphos、Glufosinate、G418 和Glyphosate 等，成功利用的农杆菌菌系包括ABI、Agl1、c58C1、LBA4404 和CP4 等。
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1992 年第一株转基因小麦的报道 ,是小麦转基 因研究的里程碑[1 ] 。此后许多学者利用不同方法 将不同目的基因导入小麦 ,获得转基因植株 。小麦 转基因技术大体分为两类 :一是农杆菌介导的转化 ; 二是目标 DNA 直接转化 ,包括基因枪法 、花粉管通 道法 、显微注射法 、激光微束穿刺法 、PEG 介导和电 击穿孔法等 ,其中应用较广泛的是基因枪和花粉管 通道法 (表 1) 。
(四川农业大学 小麦研究所 , 四川 都江堰 611830)
摘要 : 综述了自第一株转基因小麦报道以来 ,利用不同的外植体 ,通过基因枪法 、农杆菌介导法 、花粉管通道法等技 术 ,将抗病虫 、抗除草剂 、抗逆以及提高品质的基因转化到小麦中的研究进展 。讨论了基因枪法 、农杆菌介导法和花 粉管通道法在小麦转基因中的应用现状及其存在的主要问题与对策 。 关键词 : 小麦 ; 遗传转化 ; 基因转移技术 中图分类号 : S512. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 2650 (2003) 02 - 0176 - 06
DNA 直接转化法还有显微注射法 、PEG 介导 法等 。尽管都有成功的报道 ,但转化效率都很低 。 同时转化受体材料都是原生质体 ,对基因型依赖性 很大 ,而且理想状态原生质体受体和再生植株的获 得很困难 ,这可能是以原生质体或单细胞为受体的 小麦转基因和获得再生植株很困难的主要原因 。
2 遗传转化技术在小麦育种上的应用
小麦转基因技术的发展和应用解决了远缘杂交 的诸多不利因素 ,使有益的外源基因能够导入小麦 , 如改善品质 、抗除草剂 、抗病虫 、抗逆性等 (见表 2) , 实现了常规育种无法实现的遗传重组 。 2. 1 抗除草剂小麦的遗传转化
在小麦的转基因研究中 ,使用最广泛的是具有
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第 21 卷 第 2 期 2003 年 6 月
Journal
of
四川农业大学学报 Sichuan Agricultural
U niversity
Vol. 21 No. 2 J un. 2003
·综 述·
小麦转基因研究进展 Ξ
武丽敏 , 郑有良 , 魏育明 , 吴 卫 , 颜泽洪 , 张志清
表 1 小麦遗传转化系统
转化方法 外植体
选择基因 报告基因 参考文献
基因枪
幼胚、盾片、愈伤 组织、花药、花序
农杆菌 幼胚
P E G
幼胚分离的原 生质体
电穿孔 幼胚
脂质转染
幼胚分离的原 生质体
硅化纤维素 幼胚
bar , npt Ⅱ, hpt ,pmi bar ,npt Ⅱ npt Ⅱ
工程的发展。但该方法转化易形成嵌合体 ,一般是多 拷贝整合 ,出现共抑制和基因沉默现象 ,外源基因在 后代中易丢失 ,转化效率较低 (011 %～215 %) ,转化 成本很高 ,限制了基因枪法的普遍应用。 1. 3 花粉管通道法
花粉管通道法是 80 年代初期 ,由我国学者周光 宇根据植物远缘杂交理论提出的 ,是在授粉后向子 房注射含目的基因的 DNA 溶液 ,利用植物开花 、受 精过程形成的花粉管通道 ,将外源 DNA 导入受精 的卵细胞 ,并进一步被整合到受体细胞的基因组中 , 随受精卵的发育而成为转基因新个体 。其最大优点 是不依赖组织培养 ,人工再生植株 ,技术简单 ,不需 装备精良的实验室 ,常规育种工作者易于掌握。 1993 年阎新莆等[16 ]将抗白粉病的二棱大麦总 DNA 通过花粉管通道法直接导入小麦感病品种花 76 ,获 得 5 个稳定的抗白粉病株系 。曾君祉[17 ] 也报道了 花粉管通道法转基因小麦的获得 ,并对转基因植株 后代进行了性状表达分析和分子生物学鉴定 ,证明 通过花粉管通道法能够获得可以稳定遗传的转基因 小麦 。成卓敏等[18 ] 获得大麦黄矮病毒 CP 基因转 化的小麦 ;黄承彦等[19 ] 获得抗旱耐盐小麦新品种 。 郭宝太等[20 ]将 Gus 和 Tsc 基因通过该方法导入到 小麦栽培品种 ,经过 PCR 检测证明该外源基因已经 成功导入 。最近牟红梅等[21 ] 将慈菇蛋白酶抑制剂 基因 、吴茂森等[22 ] 将 B YDV - GPV 株系缺失复制 酶基因成功转入小麦 ,说明花粉管通道法在小麦遗 传转化中的应用是完全可行的 。但花粉管通道法易 受环境条件影响 ,重复性差 ,经验性强 ,转基因植株 后代情况复杂 ,转化效率低 (一般在 1 %以下) [1 ] 。 1. 4 其他直接转化法
Ξ收稿日期 : 2002 - 12 - 23 基金项目 : 国家科技部基础研究快速反应支持项目 。
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除 草 剂
品 质 抗 虫
抗病
雄性不育 抗逆性
抗膦丝菌素 (Basta)
抗草甘膦 增加面团弹性 提高高分子谷蛋白的质量和数量 1Ax1 抗蚜虫 36 鳞翅目 、鞘翅目 抗黄矮病 抗白粉病 ,赤霉病 抗白粉病 抗真菌病 抗黑穗病 核雄性不育 抗旱
参考文献
1 ,15
基因枪法又称粒子轰击技术 ( Particle bombard2 ment) ,它是借助高速运动的金属微粒使附着于其表 面的核酸分子穿过受体的细胞壁 ,释放出的 DNA 分子随机整合到植物基因组中 ,然后通过细胞和组 织培养技术 ,再生出植株[2 ] 。基因枪法不受受体基 因型的限制 ,而且可以用于转化的受体材料也十分 广泛 ,如悬浮细胞系 、胚性愈伤组织 、未成熟胚 、盾 片 、成熟胚和花粉粒等都获得成功 ,因此成为小麦转 基因的主要应用技术 。Vasil 等[1 ] 采用基因枪转化 法 ,将 Gus 和 bar 基因转化到小麦中首次获得转基 因植株 。随后 ,人们采用基因枪法将具有耐除草剂 、 抗病 、抗虫 、优质 、人工雄性不育及报告基因等转入 到小 麦 , 获 得 一 批 转 基 因 植 株 ( 表 1 ) 。1994 年 Nehra[15]以分离的盾片组织作为转化受体 ,易于形成 胚性愈伤组织 ,加速体细胞胚的发生 ,在较短时间内 就可以形成完整的小植株 ,而且这种切除胚芽的盾片 具有较大的基因独立性 ,转化效率较高。基因枪转化 法大大推动了小麦遗传转化的研究 ,促进了小麦基因
bar
hpt
-
Gus ,luc ,gfp , Anthocyanin Gus
Gus
-
-
Gus
1 ,15 ,23 , 45 ,53 8～11
47
48
49
12
1. 1 农杆菌介导法 农杆菌 Ti 质粒介导基因转化是一种天然有效
的遗传工程系统 。在农杆菌浸染植物时 ,其 Ti 质粒 (包括 Ri 质粒) 上一段转移 DNA ( T - DNA 区) 插入 到植物基因组中 ,使其携带的目的基因在植物中得 以表达[2 ] 。该方法自 1983 年创建以来 ,在双子叶植 物遗传转化中得到广泛应用 。至于单子叶植物 ,尤 其是禾本科粮食作物 ,被认为不是农杆菌天然寄主 。 随着对农杆菌转化植物细胞的原理进行系统研究 , 发现农杆菌对单子叶植物浸染的不敏感性 ,可能是 因为单子叶植物创伤后 ,在伤口附近往往发生木质 化或硬化 ,而且没有明显的细胞分裂发生 ,内源信号 分子相对不足 ,不能形成足量的诱导 vir 区基因表 达的酚类化合物[3 ] 。但通过添加外源信号物质如 乙酰丁香酮 (AS) 及其衍生物等可以促进农杆菌在 小麦培养细胞上的吸附性 ,从而大大提高遗传转化 效率[4 ,5 ] 。Hess[6 ] 、Mooney[7 ] 等分别对农杆菌介导 转化小麦的可行性进行了研究 ,但未获得转基因植 株 。直到 1997 年 Cheng[8 ] 才利用该方法获得有一
1 78 四川农业大学学报 第 21 卷
品 种
表 2 小麦遗传转化的目的基因及功能
基因产物
表 型
Bobwhite , RH770019 , Fielder , Paton ,Combi , Turbo , Hanno ,Naxo
Bobwhite
L188 - 6 ,L188 - 31
Bobwhite Bobwhite ,京 411 京 411 ,京 841 扬麦 158 ,扬麦 10 号 辽 10 ,东农 7742
Jinghong # 5
Bobwhite
Golin ,greina 豫麦 18 号
-
PA T (bar)
EPSPS ( CP4 ) 1Ax1 ,1Dx5 1Ax1 Snowdrop lectin Cp TI W YMV - Nib8 Chitinase Vst Ⅰ RIP Killing protein TA29 - Barnase BAD H
采用远缘杂交技术将小麦野生近缘物种中的有 益外源基因导入小麦栽培品种 ,对其抗性 、品质 、产 量的提高发挥了重要作用 。但由于双亲亲缘关系较 远造成杂交不结实 、杂种不育 、杂种后代长期分离 、 预见性差 ,使该技术在小麦遗传改良上的应用受到 一定限制 。植物转基因技术被证明是进行外源基因 定向转移独特而有力的手段 ,一定程度上补充或改 进了传统的育种方法 。通过植物遗传转化技术 ,可 以按照需要 ,将有遗传信息的 DNA 片段即目的基 因进行人工重组 ,在离体条件下转入宿主细胞进行 复制 、表达 ,定向改造植物 ,可以打破基因流的界限 , 而且大大缩短育种周期 。小麦是举世公认的最难转 化的重要农作物之一 ,且转基因研究起步较晚 ,经过 许多学者十几年的不懈努力 ,取得了长足的进展。在 提高小麦抗病虫 、抗逆性 、改善品质和雄性不育利用 等方面展示出良好的应用前景 。本文概述了小麦转 基因研究常用遗传转化技术及其在小麦遗传改良中 的应用 ,讨论了存在的主要问题及采取的应对措施。