2. 3 花粉管通道法
将含目的基因的DNA放到授粉后不久经切割的花柱上, DNA沿着花粉管到达胚珠,并进一步整合到胚珠的基因组中,当携带外源基因的受精卵发育成植株时,即获得了转基因植物,这就是花粉管通道介导的转化。利用花粉管通道法导入外源基因的方法有子房和胚囊微注射法、柱头滴加法、花粉粒携带法和生殖细胞浸泡法等。花粉管通道法首次用于转化水稻,后来也用于转化其他作物。雷勃钧等[ 19 - 20 ]最早在大豆上应用花粉管通道技术进行转基因研究,此后我国许多学者相继开展了这方面的研究,并育成了抗病丰产品系[ 21 - 23 ]。花粉管通道法虽然简便易行,但存在需要育种工作者摸索具体的外源DNA导入时间、方法及后代选择等问题[ 24 ]。
3、转入大豆的外源基因类型
大豆中导入的外源基因主要是解决其高产、优质、抗逆和抗病虫等问题。目前,应用于大豆转基因研究的外源基因除gus、nptⅡ、hyg、gfp等标记基因和报告基因外,还涉及以下几种:抗除草剂、抗病毒、抗虫、抗逆境、品质 (脂肪、蛋白、生物活性物质 )改良、雄性不育、改变花形和花色等。我国转基因大豆的研究多是围绕对转基因植株进行抗性标记筛选、PCR检测、Southern杂交和部分抗性基因的功能检测开展的,研究广度和深度不够。不仅缺乏具有自主知识产权的载体和像B t和EPS P基因一样具有重大应用前景的基因,而且基因转化和筛选效率较低[ 43 ],所转化的外源基因多为单个基因,今后转入双价抗虫 (或抗病 )基因是大豆转基因的一个方向。 3. 1 抗除草剂基因
抗除草剂基因的研究是目前大豆转基因研究中最成功的,它往往是与光谱高效除草剂的研究相结合的,利用的基因主要有二类,一类是可以改变除草剂靶物敏感性的基因,另一类是除草剂解毒基因,包括来自农杆菌的CP4EPS PS、pa t和psbA基因等。目前应用面积较大的是抗草甘膦除草剂的转基因大豆品种,其次是抗草铵膦品种,此外还有抗磺酰脲类除草剂 (绿磺隆、氯嘧磺隆等 )品种。由于草甘膦具有高效、安全、无残留、杀草谱广的突出优点,使种植者大大地降低了除草成本,而获得丰厚的经济效益。国外通过基因枪转化获得的抗草铵膦转基因大豆新品种A-27-04-14、A5547-127分别含2个、1个pa t基因, 1997年
经营养、环境安全评价后申请进入商业化生产[ 44 ]。我国获得的转基因抗阿特拉津大豆,是我国最早的转基因抗除草剂作物[ 45 ]。 3. 2 抗虫基因
大豆抗虫转基因研究涉及到来自苏云金杆菌的B t基因和豇豆胰蛋白酶基因。徐香玲等[ 22 ]以Ti质粒为介导,将Pkt54B7C5质粒上的B、t、Kδ内毒素蛋白基因导入东北大豆“黑农37”、“黑农39”等品种;郭三堆等[ 46 ]将构建成的带有C ry IA和Cpti 2个基因的pGB14ABC植物高效表达载体,通过花粉管通道法,获得了有较好抗虫能力的再生植株;苏彦辉等[ 47 ]用B t基因和GUS基因通过基因枪和根癌土壤杆菌介导转入主栽大豆品种中获得了再生植株;高越峰等[ 48 ]利用RT-PCR方法扩增出大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制剂基因单一目的片段DNA并成功克隆且转化到烟草中去,获得了具有明显抗棉铃虫能力的转基因烟草。 3. 3 抗病基因
抗病基因研究主要是病毒外壳蛋白 (virus coatp rotein)基因和几丁质酶基因。近年来,人们已相继克隆了SMV CP基因、N IB基因、N IA基因,并构建植物表达载体Psm l 24等转化土壤农杆菌,获得转基因大豆 (或烟草 )植株;徐香玲等利用农杆菌介导法将几丁质酶基因导入东农37号、吉林28号大豆中用于抗大豆真菌病害的研究;刘德璞等通过花粉管介导法,将具有高抗花叶病的外源DNA导入大豆基因组中获得抗SMV的大豆新品系。 3. 4 抗逆境基因
目前已分离出大量与抗逆代谢相关的基因,包括与抗 (耐 )寒有关的脯氨酸合成酶基因、鱼抗冻蛋白 (A FP)基因、拟南芥叶绿体32磷酸甘油酰基转移酶基因,与抗旱有关的茧蜜糖合成酶基因及一些植物去饱和酶基因等。中国在抗逆基因的分离、克隆和转化等方面的研究已取得一定进展,克隆了耐盐碱相关基因,但多运用在烟草、番茄、小麦、玉米等作物上,在大豆上鲜有报道。 3. 5 品质基因
改良分子生物学的迅速发展,使转基因作物 (Genetically Modified O rganism Crop s)正从以改善作物间接性状 (抗除草剂、抗病、抗虫、抗逆等 )为主的第1代向以改善品质特性 (营养组成和含量等 )为主的第2代转换。品质改良主要涉及蛋白质的含量、氨基酸的组成、淀粉和其它多糖化合物以及脂类化合物的组成。
富含蛋氨酸的转基因烟草、直链淀粉含量降低的转基因水稻、月桂酸含量高达40%的转基因油菜都相继成功,有的已进入大田试验。应用生物技术改良大豆脂肪酸组成就是大豆基因工程育种的成功范例,目前商业化的有关品质改良的转基因大豆已有高油酸大豆和高硬脂酸转基因大豆。最近国外转Δ2脂肪酸脱氢酶基因 (FAD 221)基因大豆及其它相关品质基因的改良研究正在深入,有的品种已获推广并开始大面积种植。国内的李明春等将从高山被孢霉 (Mortierella alp ina)中分离出的 Δ6脂肪酸脱氢酶基因成功转化,获得了高γ2亚麻酸含量的转基因大豆。刘兰英等将构建35S启动子和水稻10KD富硫醇溶蛋白基因双拷贝的表达载体PB IN - OKEM ,利用根癌农杆菌介导法转化大豆子叶、子叶节,将目的基因整合到大豆基因组中。
4、展望
目前,我国已初步建立了转基因生物安全管理技术体系,制订了一系列法规、规范和标准,为转基因大豆环境和食用安全的检测、监测以及大豆产品转基因成分提供了可靠的技术规范和标准。我国已获得一批具有自主知识产权的关键基因,逐步优化了大豆遗传转化体系,获得了一批具有潜在应用价值的转基因材料,建立了安全评价和检测监测技术体系。中国大豆产业应和其它主要农作物一样,大力加强大豆转基因生物技术的研发,早日创造出具有中国特色和自主产权的、已建立高效、稳定的大豆遗传转化受体系统的安全的转基因大豆。发展转基因大豆有利于改革耕作制度,降低生产成本,提高种植效益,对于提升我国大豆产业的市场竞争力、保障国家粮食安全、促进农民增收具有重要意义。虽然抗病毒基因工程取得了巨大的进步,许多重要作物也以转基因为手段获得了抗病毒植株,并且培育出抗病毒新品种。但是大豆抗病毒基因工程进展还是非常缓慢,至今只有几例成功的报道,而且未见通过基因工程培育的抗病毒大豆品种在实践中应用的报道。抗病毒转基因大豆的研究任重道远,仍然需要在优化受体系统、提高转化率、培育稳定遗传的种质等方面做大量的工作。
参考文献:
[ 1 ] 张兆熙. 转基因技术的研究综述及利弊关系[J]. 科技创业,2006 (11) : 1112112.
[ 2 ] 杨桂英,马绍宾,何瀚. 大豆的遗传特点、品质改良与育种难点[J]. 贵州农业科学, 2002, 30 ( 6) : 57260.
[ 3 ] Cahoon E B. Genetic enhancement of soybean oil for industrial uses: Prospects and challenges[ J ]. AgBioForum, 2003, 6 ( 1&2 ) :11213.
[ 4 ] 陈云昭,王玉国. 大豆外植体培养再生植株的研究[J]. 山西农业大学学报(自然科学版) , 1983 (1) : 41245
[ 5 ] 程林梅,孙毅,刘少翔,等. 大豆不同外植体植株再生的研究[J]. 中国油料作物学报, 1998, 20 (2) : 24225.
[ 6 ] 周思君,尹光初,雷勃钧,等. 从大豆幼胚诱导器官发生再生植株[J]. 大豆科学, 1990, 9 (4) : 2852290.
[ 7 ] 王升吉,吴元华,王洪岩,等. 大豆不同外植体组织培养及再生研究[J]. 沈阳农业大学学报, 1999, 30 ( 3) : 2552259.
[ 8 ] Christianson M L,Warinck D A, Carlson P S. A morphogenetic competent soybean suspension culture [ J ]. Science, 1983, 222: 6322634.
[ 9 ] Lazzeri P A, Hildebrand D F, Collins G B. A p rocedure for p lant regeneration from immature cotyledon tissue of soybean [J]. Plant Molecular Biology Reports, 1985, 3: 1602167.
[ 10 ] Lazzeri P A, Hildebrand D F, Collins GB. Soybean somatic embryogenesis: Effects of hormones and culture manipulations[J]. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 1987, 10: 1972208.
[ 11 ] Lee W, Komatsuda T, Oka S. Comparison of embryogenesis efficiency on eight portions immature embryos in Glycine gracilis[J].Soybean GeneticsNewsletter, 1990, 17: 59261.
[ 12 ] Finer K R, Finer J J. Use of Agrobacterium exp ressing green fluo rescent protein to evaluate colonization of sonication2 assisted Agrobacterium2mediated
transformation2treated soybean cotyledons [J]. Letters in App liedMicrobiology, 2000, 30: 4062410.
[ 13 ] 刘博林,徐民新. 两个栽培大豆品种的体细胞胚胎发生和植株再生的研究[ J ]. 中国油料作物学报, 1999, 21 ( 2) : 11213.
[ 14 ] 王萍,吴颖,杨武杰,等. 大豆未成熟子叶体细胞胚胎发生及其相关因子的分析[ J ]. 中国油料作物学报, 2002, 24 ( 1) : 29232.
[ 15 ] 李海燕,朱延明,冯莹莹,等. 大豆幼胚子叶胚性悬浮细胞系的建立与次生胚诱导[ J ]. 大豆科学, 2002, 21 ( 2) : 1232126.
[ 16 ] 王晓春,王罡,季静. 农杆菌介导的大豆体细胞胚遗传转化影响因子的研究[ J ]. 大豆科学, 2005, 24 (1) : 21226.
[ 17 ] 卫志明. 大豆原生质体培养再生植株[J]. 植物生理学通讯,1988 (2) :53254. [ 18 ] 张泽贤,小松田隆夫. 大豆原生质体经体细胞胚胎再生植株[J]. 中国科学(B 辑) , 1993, 23 ( 2 ) : 1542158.
[ 19 ] 肖文言,王连铮. 大豆幼荚子叶原生质体培养及植株再生[ J ].作物学报,
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