小麦遗传转化技术与转基因研究现状

发布日期:2018-08-16 21:35

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。Vasil等利用基因枪介导法将bar基因导入了小麦,获得了世界上第一例小麦转基因植株。Weeks等利用基因枪介导法将GUS基因、bar基因导入了小麦,建立了基因枪法转化小麦的技术体系。在随后的几年内,小麦转基因研究基本上借助于基因枪介导法。Zhou等利用基因枪介导法将CP4基因和GOX基因导入了小麦,获得了转基因植株。Blechl等将编码高分子量谷蛋白亚基HMW-GS基因导入了小麦幼胚和幼穗,获得了稳定表达的转基因植株。然而,农杆菌介导法一直是小麦遗传转化的一道难关。Cheng等首次利用农杆菌介导法将GUS基因和nptⅡ基因转入了小麦,获得了小麦转基因植株,并对转基因植株T0代-T2代进行了分子检测。夏光敏等、叶兴国等利用农杆菌介导法将nptⅡ、bar等外源基因转入小麦,获得了转基因植株。2001年以来,小麦转基因研究的重点由转化体系建立转为功能基因转移。Zhou等利用农杆菌介导法将抗除草剂的Roundup基因转入了小麦品种Bobwhite,培育了RoundupReady小麦,转基因小麦对除草剂表现很强抗性,已完成生产试验,等待产业化。徐惠君等利用基因枪介导法将Nib8复制酶基因导入了小麦,徐琼芳等、梁辉等分别利用基因枪介导法将GNA基因导入了小麦,转基因小麦对黄花叶病毒病、蚜虫表现较强抗性,目前已进人环境释放阶段。作者利用农杆菌介导法将GCE、Bcl、Rip基因导入了小麦,中间试验结果表明转基因小麦对赤霉病表现出一定抗性。

到目前为止获得小麦转基因植株的报道中,基因枪法占90%左右,其它方法仅占10%,包括农杆菌介导法、花粉管通道法、低能氩离子束介导法等。由于农杆菌介导法的优点,人们对此项研究一直坚持不懈。2003年Khanna等通过构建超级双元表达载体HK21和在培养基中加入多胺类化合物,转化效率达到了1.2%~3.9%;Hu等以来源于农杆菌的抗除草剂基因EPSPS为选择标记,以草丁膦为筛选剂,将EPSPS基因导入了小麦品种Bobwhite,转化效率达到了4.3%。Cheng等认为农杆菌感染后对外植体进行干燥处理可显著提高T-DNA转运水平和转化效率。

小麦转基因研究大多采用授粉后13~14d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。总之,小麦转基因研究涉及报告基因或标记基因较多,目的基因较少,所用的受体基因型大多是Bobwhite。因此,拓宽小麦遗传转化的受体范围,完善农杆菌转化小麦的技术体系,将一些控制抗病、优质、抗逆和抗虫的外源基因导入小麦,是今后小麦转基因研究的重点。