转基因技术在园林植物育种工作中的应用

挺不错的基因技术的前景

文章编号:1002 0659(2002)05 0017 02

转基因技术在园林植物育种工作中的应用

刘艳军1 ,张伟玉,杨静慧,郭秀民112

(1.天津农学院,天津 300384;2.天津市林业局,天津 300203)

摘要:本文综述了园林植物相关的基因克隆与转化的研究进展,常用的基因转化方法、特点和应用范围,园林植物在转基因研究工作中存在的问题和困难。提出:克隆一批能够解决园林植物生产中所需基因的工作势在必行,将是推动园林植物转基因育种研究的前提条件。关键词:转基因;技术;园林;育种;应用

中图分类号:Q344.14;S68;S3.33 文献标识码:B

1 与园林植物相关的基因克隆与转化的研究

进展

1.1 与开花有关的基因

植物开花是由一种开花基因所调控,当这

种基因突变失活后,植物就不能开花,而不断

地产生叶芽。这一开花基因又可分为两个阶

段对分生组织的形成进行遗传控制,早期控制

花轴侧面形成花分生组织,后期决定花原基形

成的器官特征。Kelly等从大烟草中克隆了

NFL1和NFL2基因,其作用是特异地决定花和

叶的前体细胞。在对拟南芥和金鱼草的研究

中发现了4对对花发育后期作用的基因,它们

决定着所形成的花的形态和特征。通过转基

因手段改变这些基因的结构,从而使其不能正

常表达,来达到控制开花和花形的目的,如美

国和日本科学家还克隆出对花特异表达的莽

草酸合成酶基因,可以改变花色、花形,对开花

进行调节。

1.2 与花色有关的基因

与花色有关的基因工程方面的研究很多,

获得的转基因产品也最多。目前克隆的控制

花的颜色的基因主要是一些影响花色素苷代玉米和金鱼草等植物中分离并克隆出来。主要有CHS,CHI,F3H,DFR,ANS,3GT,CHSA。另外还以已有的基因为探针,用转座子标签技术分离一些植物花色素苷调节基因,主要有R,S,Sn,Ls,B,CI,PL,VpL,DeL,TED3,DEF。目前利用转基因方法改变花色获得的花卉品种有矮牵牛,非洲菊,高原龙胆,百合,其中最成功的例子是黄色山茶花的选育。1.3 花卉香味基因由于控制花卉香味的代谢物很多,对这一性状的研究较为缓慢。1994年法国人利用野生型发根农杆菌转化柠檬天竺葵,发现转化植株的芳香物比对照株多3~4倍,从而为这一基因工程提供了一条途径。1.4 花卉保鲜基因工程花卉保鲜主要指延长切花的保鲜期,目前所克隆的基因主要有从番茄、苹果、康乃馨中分离出的Acc合成酶与氧化酶基因,PG基因,NR基因等。这些基因多数通过反义RNA法,反向克隆于受体基因组中,从而达到抑制植物体内内源乙烯及其合成前体的形成,减缓衰老,使花期得以延长。现已获得的转基因花卉+谢的结构基因和调节基因,主要是从矮牵牛、有矮牵牛,康乃馨,满天星等。本实验室现正

收稿日期:2002-08-19

主要作者简介:刘艳军(1970-),男(汉族),天津市人,中国农大硕士在读,现在天津农学院工作,实验师。电话:(022)

挺不错的基因技术的前景

利用NR基因进行蝴蝶兰、卡特兰等花卉的转化工作,希望能够获得耐储藏的切花兰。

1.5 抗病虫害的基因

在抗细菌病害方面主要有从矮牵牛中分离出的CHSA基因,通过其在转化植株体内合成的类黄酮来达到抗病作用。对于由真菌所引发的病害,主要利用几丁质酶基因来转化植株,在其体内产生几丁质酶,破坏入侵的菌丝体,从而达到抗病的作用。对于由病毒引起的病害,应用较多的是利用病毒壳蛋白基因和病毒卫星RNA来转化植株。用此法育出的抗病植物有唐菖蒲等。

在抗虫方面,1989年Parsons等从杨树中克隆出了损伤激活基因,它所编码的类大豆胰蛋白酶抑制多肽可以干扰昆虫消化功能,从而达到抑虫作用。另外,在蔬菜上被广泛应用的Bt基因也被引入花卉的抗虫育种中,在实际生产上起到了较好的效果。如育出的抗虫菊花。

1.6 其它基因在园林植物育种中的应用

在抗逆性育种中研究较多的是抗寒和抗旱方面的研究。抗除草剂的基因转化工作也取得了一定的进展,如已经育出的抗除草剂的金鱼草。

2 基因转化方法的研究

2.1 直接转化法

直接转化法主要用于单子叶植物。其优点是不必借助中间载体,而直接把目的片断转移到受体细胞中。目前应用较多的主要有花粉管导入法、基因枪法、显微注射法、电击转移法、PEG法等。其中基因枪法应用的最多,且转化效率最高。总的来看,直接转化法虽然操作简便,但转化效率低,工作量大,因此在实际工作中只用于农杆菌不能侵染的单子叶植物的转化。

2.2间接转化法

此法是指利用农杆菌中Ti质粒中的一段DNA(T-DNA)的转移功能,以其为载体把目的片断导入受体细胞中,通过组织培养,使转化细胞再生,从而达到转化的目的。其方法简单易行,且转化效率比其它方法都高,因而被广泛采用。它的缺点是在进行较大基因片段转化时,Ti质粒的构建较困难。3 园林植物在转基因研究工作中存在的问题和困难3.1 用于转化工作的基因资源短缺与其它物种相比,用于园林植物上的基因种类少,远不能满足育种工作的需求。这主要是由于这方面的工作开展太晚,一般所分离出的基因首先被应用于能产生更大效益的农作物或动物和制药上。因此,大量克隆一批能够解决园林植物生产中所需基因的工作势在必行,这将是推动这项研究的前提条件。3.2 转化手段落后转化效率低目前用于园林植物转化工作的农杆菌菌种比较陈旧,如LAB4404,而所用载体也多为PBi121系列。通过引入较先进的菌种和载体,可以使基因的转化效率得到根本的改善。另外,转化技术落后也是制约转化效率的一个重要因素。如在其它领域被广泛应用的能提高转化效率的乙酰丁香酮,在园林植物的转化上却很少用到。3.3 组织培养水平落后细胞再生技术不够完善有关植物组织培养、细胞离体再生技术的研究工作主要集中在一些较为重要的农作物、蔬菜和果树上,而在园林植物上却研究的较少。因而在进行转化工作之前往往要花费相当长的时间去克服细胞再生的障碍,从而使研究工作不能顺利进行。3.4 基因转化的后期工作进展缓慢园林植物的转基因研究一般都停留在转基因株的获得,而转基因株的后代的遗传学形状研究以及转基因品种的选育却很少进行。因此真正的转基因品种获得很少,远远不能满足生产上的要求。注:由于版面所限,参考文献略。