转基因油菜研究进展

转基因油菜研究进展

摘要油菜的遗传转化研究已日趋成熟,用于转化的目的基因趋于多样化,如品质改良、抗病、抗逆、不育基因等;较常用的筛选标记基因是新霉素磷酸转移酶基因(NPT Ⅱ);目前用于油菜基因转化的方法有根癌农杆菌介导法、基因枪法、PEG法、激光微束穿刺法、显微注射法和花粉介导法等。主要从油菜筛选标记及转化方法方面进行综述,并对油菜转基因上存在的问题及前景进行了探讨和展望。

关键词油菜;转化基因;筛选标记;转化方法

AdvanceofStudiesonTransgenicBrassicanapus

LIU XiaoJING Yin

(Rape Research Center of Beijing Forestry University,Beijing 100083)

AbstractHeredity transform research of rape is more and more matcher.Transgenics are tending to diversify,as follows:quality reformation,resistant to disease,pests and adverse etc.Selection marker used is NPTⅡ.At present,there are several methods of transformation in rape,including tumefaciens-medidated genetic etc,particle gun,PEG untake,vialaser microbeam puncture and microinjection.The foundation of rape selection marker and transformation methods were mainly summarizes in the paper. The present status of rapeseed genetic transformation were reviewed and the problems and envision for further study were discussed.

Key wordsBrassica napus;transgene selection marker;transformation method

油菜是世界四大油料作物之一,属十字花科(cruciferae)芸墓属(Brassica),主要包括甘蓝型油菜(B.napus)、芥菜型油菜(B.Juncea)和白菜型油菜(B.rapa)3个栽培种。随着生物技术的发展,将目标基因直接导入油菜以改良其生物性状已成为当前油菜育种研究的热点。芸薹属植物遗传转化的主要方法有农杆菌介导法、电激法、基因枪法、激光微束穿刺法等,由于对农杆菌的敏感性,农杆菌介导法已成为油菜等芸薹属植物基因转化中最常用的方法。迄今为止,已先后在甘蓝型油菜、白菜型油菜、芥菜等作物上,实现了报告基因、抗除草剂基因、抗虫基因、抗病基因、雄性不育基因、改良蛋白组分基因等的遗传转化。笔者重点对转化目的基因、筛选标记和转化方法几个方面的进展进行综述。

1转化的目的基因

转基因油菜的育种研究一开始向着应用化的方向而进行,育种目标主要包括油菜品质改良(如:改变脂肪酸组分、提高含油量、改良油的品质、种子贮藏蛋白、低纤维素含量等)、抗性改良(如除草剂抗性、真菌抗性、病毒抗性、抗虫性)。经不完全统计,截至目前已有40多种基因转入油菜。

1.1转化品质改良基因

1.1.1油菜种子贮藏蛋白的遗传改良。通常情况下,种子中的油脂和蛋白质占有量分别为40%和20%,种子中的贮藏蛋白主要为napin和cruciferin。Kohno-Murase等[1]将编码napin蛋白的反义基因导入westar,发现转基因后代种子中crudiferin的含量比对照提高了1.4~1.5倍,但蛋白质的增加并没有影响种子脂肪酸的含量。

1.1.2油菜脂肪酸的遗传改良。芥酸(22∶1)及其衍生物是塑料膜生产行业中重要的可再生原料,Vesna Katavic将拟南芥的FAE1基因和酵母的SLC1-1基因导入甘蓝型油菜使芥酸含量有所提高[2]。Kohno-murase等报道,将反义napin基因导入油菜,降低了脂肪酸含量,提高了亚麻酸含量,硫脂酶基因的导入使中链脂肪酸含量达到75%,同时硫甙含量降低[3]。

1.2转化抗性基因

1.2.1转化抗除草剂基因。目前利用转基因技术已经培育出许多抗除草剂的油菜品种,主要利用的基因为Bar基因[4]、Pat基因和aroA基因[5]等。美国孟山托(Monsanto)公司从大肠杆菌的一个突变株中克隆出抗草甘膦的EPSP合成酶基因,并将其导入到油菜中,得到抗草甘膦除草剂的油菜;另一种是抗草丁膦除草剂基因,由加拿大等国育成,由抗性基因bar和pat共同整合抗草丁膦基因转入油菜,育成油菜新品种,并已进入田间试验[6]。Miki报道在Arabidopsis中克隆出Ahyclroxyacid合成酶基因(AHAS)突变体,并将其导入油菜,使油菜产生对咪唑基除草剂的抗性,钟蓉等[7]将抗除草剂溴苯腈基因bxn转入油菜获得抗溴苯腈转基因植株。

1.2.2转化抗病虫基因。油菜抗病虫转基因可分成抗虫、抗真菌和抗病毒3种基因。在抗虫方面,现在主要是利用从苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)中分离的杀虫晶体蛋白(crylass)基因(即BT)通过农杆菌介导转化导入油菜。在抗真菌方面,主要是利用从1种豆类作物(Phaseolusvulgaris)或番茄中克隆出的几丁质酶(chitinase)基因和从大麦中克隆的草酸氧化酶(oxalateoxidase)基因。

2筛选标记

油菜较常用的筛选标记基因有新霉素磷酸转移酶基因(NPT IⅡ),潮霉素磷酸转移酶基因[8]和二氢叶酸还原酶基因[9]及bar基因、spt基因[10]等,它们分别介导对卡那霉素、潮霉素、氨基喋呤、除草剂、巴龙霉素的抗性。筛选剂最常用的是卡那霉素,应用卡那霉素筛选不乏成功的报道[8,10],但有的学者认为[9],卡那霉

素对甘蓝型油菜有时效果很差,这可能与基因型有关。潮霉素、庆大霉素、新霉素应用成功的报道亦不少[11-12]。Schroder等(1994)研究了在甘蓝型油菜转化过程中4种选择标记基因(npt Ⅱ,aadA,bar,spt)在筛选过程中的效果,认为aadA基因(介导对链霉素和壮观霉素的抗性)在转化体的筛选过程中是最合适的。

3油菜转基因方法

在植物基因工程研究中,关键步骤之一是通过特定的方法将外源基因导入受体植物细胞内,使之发生定向的、永久性的遗传变异,即所谓的植物遗传转化。为了方便有效地将外源基因导入植物体内,人们不断地探索、发展新的植物遗传转化方法。目前应用到油菜转基因中的遗传转化方法主要有农杆菌介导转化法和外源基因直接导入法。