我国小麦转基因研究的现状及前景

碱醛脱氢酶（ＢＡＤＨ）基因畸３１以及调控海藻糖合成的相关基因嘲，吲等，通过转基因 技术已获得了一批具有一定抗旱和耐盐碱的转基因小麦新材料。随着我国花粉管 通道法等ＤＮＡ直接转化技术的成熟和发展，将抗旱和耐盐碱植物的总ＤＮＡ导入小 麦基因组也成为培育耐逆境胁迫小麦新材料的一种新方法，已有报道将高粱脚１、 芦苇草碍力及长穗冰草嘲的总ＤＮＡ导入小麦以期获得耐逆境胁迫的小麦新材料。
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３．存在的问题及前景展望
作物转基因育种和常规育种相比具有明显的发展优势，因为它不仅极大地拓 宽了育种的基因来源（如动物、植物、微生物和人工合成），而且可以实现高效 精确的遗传改良，更为重要的是抗病虫等转基因育种的发展将有效减轻农田的环 境污染。小麦是我国的重要粮食作物之一，其转基因研究无疑有非常重要的意义， 但目前小麦转基因研究中仍然存在较多的问题。
花粉管通道法是我国学者周光宇提出的一种菲常简便的植物转基因方法，其 基本原理是利用植物授粉后花粉萌发形成的花粉管，将外源ＤＮＡ送入胚囊中尚
基金项目：河南省科技厅项目（０６２３０１ １６００） 作者简介：李永春（１９７１－），男，博士，副教授，主要从事小麦功能基因组学和分子育种研究。通讯地址： 河南省郑州市农业路６２号，国家小麦中心２０５室。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｎｇｃｈｕｎｌｉ７１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．Ｃｌｌ。
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我国小麦转基因研究的现状及前景
李永春，王潇，陈雷，尹钧· 河南农业大学／国家小麦工程技术研究中心，郑州，４５０００２
摘要：近年来，我国小麦转基因育种研究发展迅速，并成为常规育种的有效补充。分析了各类转基 因方法在小麦遗传转化中的应用情况，综述了我国小麦转基因分子育种的发展及现状，主要包括小 麦抗病虫、品质改良以及耐非生物逆境胁迫等方面的转基因研究，并分析了目前小麦转基因育种中 存在的问题及发展策略。
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图１我国已报道的小麦转基因研究
图２我国备类小麦转基因方法的应用现状
１．２基因枪法
基因枪法是一种借助于火药、高压放电或高压气体产生的动力，将吸附了外 源ＤＮＡ的微弹直接射入受体细胞核，并实现外源基因整合到受体细胞基因组中 的转基因方法。由于该方法不像农杆菌介导法那样受到作物基因型的限制，也不 像其它基于原生质体的转基因方法那样存在组织培养及植株再生方面的困难，所 以自１９８７年诞生以来在各类作物转遗传转化中得到了迅速广泛的应用。１９９２年， Ｖａｓｉｌ等利用基因枪法获得了世界上第一株转基Ｎｄ，麦Ⅲ，之后基因枪法成为小 麦遗传转化的主要方法之一。我国赵天永等跚于１９９４年报道了以小麦茎尖分生 组织为受体的基因枪法转基因研究，１ ９９６年夏光敏等ｂ１和王小军等Ｈ１也分别报道 了基因枪法小麦转基因的研究工作，之后有关基因枪法小麦转基因的研究报道以 每年４篇左右的速度直线上升；１９９９年关于基因枪法小麦转基因的研究报道猛 增到１２篇，２００３年后每年的研究报道都在１０篇左右，而且有递增的趋势（图１）。 目前，我国通过基因枪法进行的小麦转基因研究报道达１２０篇左右，约占小麦转 基因报道总数的３６％，成为仅次于花粉管通道法的主要转基因方法（图２）。
关键词：小麦；遗传转化；分子育种
Ｔｈｅ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｗｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ Ｃｈｉｎａ Ｌｉ Ｙｏｎｇｃｈｕｎ，Ｗａｎｇ Ｘｉａｏ，Ｃｈｅｎ Ｌｅｉ，Ｙｉｎ Ｊｕｎ★
（Ｈｅｎａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｗｈｅａｔ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２）
ＡｂｓｔｒａｔＣｃ Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｈｅａｔ ｇｅｎｅｔｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａｎｄ ｂｅｃｏｍｅ ａｌｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
２．小麦转基因育种的现状
２．１抗病虫转基因研究
病虫害是造成小麦减产的重要限制因素，多年来小麦抗病虫育种一直是农业 科技工作者的重要研究方向。随着植物生物技术的迅猛发展及各类抗病、虫基因 的分离克隆，作物抗病、虫转基因育种显示出巨大的发展潜力。１９９４年以来， 我国在小麦抗病虫转基因研究方面也取得可喜的进展，已发表小麦抗病、虫转基 因研究的相关学术论文近６０篇。用于小麦抗虫转基因研究的外源基因包括雪花 莲外源凝集素基因ｎ¨制、苏云金芽胞杆菌毒蛋白基因ｎ铂和蛋白酶抑制剂基因ｎ抚１７１ 三类。用于小麦抗病转基因研究的外源基因主要包括病毒外壳蛋白编码基因 ｎＨ¨、几丁质酶基因瞳２’２３｜、抑菌蛋白编码基因ｍ制）、抗病作物总ＤＮＡ㈨及其它病
首先，小麦转基因技术的发展还不够成熟。目前，国内仍以花粉通道法为主 进行小麦转基因研究（图２），但是由于花粉管通道法的遗传转化的效率还较低， 而且外源基因整合的随机性很强等明显的缺点还是限制了其发展速度（图１）。 基因枪法的不足是成本昂贵、转化率因受体材料基因型不同变化较大、外源基因 拷贝数高，而且转基因时插入片段的确定性较差。农杆菌介导法也因为受基因型 的影响很大，所以在小麦转化中效率较低，转基因的方法还不够成熟。在组织培 养方面，小麦胚性愈伤组织的获得还比较困难，实验的成功与否在很大程度上依 赖于研究者的经验这也是限制小麦转基因发展的重要因素。总的来看，农杆菌介 导法小麦转基因研究已经取得一些初步进展，而且其发展速度很快，未来几年内 关于农杆菌介导法小麦转基因的研究将会迅速增加。
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程相关蛋白基因‘艄耵等几类。
２．２改善小麦品质的转基因研究
随着与小麦品质性状相关分子调控机制研究的不断深入，特别是关于小麦高 分子量谷蛋白亚基的研究，通过基因工程的方法改善和培育优质小麦新品种已成 小麦优质育种的重要策略∞１。近年来，我国科研工作者在小麦转基因品质育种方 面也取得了一系列新进展，比如过量表达优质高分子量谷蛋白亚基基因啪删和提 高转基因小麦中赖氨酸的含量㈨¨１等；在小麦加工品质改良方面的研究报道有 改善小麦籽粒硬度心’４嬲和面粉中直链淀粉的含量Ｈ帕等。值得注意的是，随着花 粉管通道法和离子束介导法等ＤＮＡ直接转化技术的不断发展和完善，许多与优质 性状相关的植物总ＤＮＡ也被用于小麦优质转基因育种ｎｗｌ。
自１９８３年获得第一株转基因作物以来，作物转基因技术得到了迅猛发展， 转基因作物育种已成为常规育种的有效补充。目前，几乎所有的作物都开展了转 基因研究，育种目标涉及到高产、优质、高效、兼抗性及多用途等诸多方面，一 批抗逆性（如抗病、抗虫、抗除草剂）转基因作物已进入商品化生产阶段。由于 受到转基因技术的限制，小麦转基因研究滞后于其它作物。近年来，我国在小麦 转基因方面也取得了初步的进展，并获得了一批具有抗病虫、抗逆境及改善品质 的转基因小麦新材料，部分品系已经进入环境释放阶段。 １．小麦转基因方法及应用现状 １．１花粉管通道法
２．３提高小麦对非生物逆境胁迫耐受性的转基因研究
干旱及高盐碱等非生物逆境是影响小麦持续高产稳产的重要限制因素。近年 来，我国科研工作者也开展了一系列小麦耐逆境胁迫的转基因研究，已报道的用 于提高转基因小麦对盐碱及干旱耐受性的外源基因包括拟南芥的编码Ｎａ＋／Ｈ＋反
期向丰转富运蛋离白子（通ＬＥ道Ａ）蛋类白基基因因咖Ａ１ｔ、ＮＨ水Ｘｌ分呻胁３、迫大反肠应杆 转菌 录因胆子碱基脱因氢删酶５基１，因ｓｂ２ｅ］ｔａＨ９山Ｉ、菠胚菜胎 甜晚 菜
ｍａｊｏｒ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ｉｎ ｗｈｅａｔ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ａｌｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕｄｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｄｉｓｅａｓｅｓ ａｎｄ ｉｎｓｅｃｔｓ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｑｕａｌｉｔｙ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ，ａｂｉｏｔｉｃ ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｏｔｈｅｒ ａｓｐｅｃｔｓ ｉｎ ｗｈｅａｔ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｒｅｅｄｉｎｇ．ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｍｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｗｈｅａｔ，Ｇｅｎｅｔｉｃ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｒｅｅｄｉｎｇ
１．４低能离子束介导法
离子柬介导的植物转基因技术是２０世纪９０年代初期我国发展起来的一种新 的转基因方法，其基本原理是：低能离子束可使得种胚细胞刻蚀并形成多个可修 复的微孔，同时带正电荷离子的注入有利于带负电荷外源基因进入细胞而实现遗 传转化，然后利用细胞全能性获得转基因再生植株。２０００年，吴丽芳等陋１报道了 他们用低能离子束介导法获得转基因小麦的研究工作。截止２００７年已经有相关 的报道近３０篇（图１），约占小麦转基因研究报道总数的９％（图２），用于转基 因的外源基因包括了报告基因Ｇｕｓ、绿色荧光蛋白基因、水稻几丁质酶基因及大 豆总ＤＮＡ等旧１。
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１．３农杆菌介导法
因为农杆菌具有将其Ｔｉ质粒上一段ＤＮＡ（Ｔ—ＤＮＡ）插入寄主植物细胞染色体 中的能力，所以将目的基因插入Ｔ—ＤＮＡ中间后就可以借助于农杆菌将目的基因导 入受体植物细胞，并利用细胞的全能性获得转基因植株。该方法具有易操作、低 费用、高效率、插入片段的确定性好及拷贝数低等独特优点，所以已成为目前多 数作物转基因的首选方法。虽然，单子叶植物不是农杆菌的天然寄主，转化更加 困难。但是，农杆菌介导法对玉米、水稻、大麦和小麦等单子叶作物的遗传转化 方面已获得了重要进展嘲。１９９８年，刘庆法等隋１首次在国内报道了开展农杆菌介 导法小麦遗传转化的研究工作。１９９９年，夏光敏等口１再次报道了农杆菌介导法小 麦遗传转化研究，部分小麦品种的转化效率达到了５．９％。２０００年后农杆菌介导 法小麦转基因的研究报道迅速增多。从２００２开始，农杆菌介导法小麦转基因研 究的报道以每年８篇左右的速度快速增长，到２００７年底累计发表相关论文达到 ４０余篇（图１），约占小麦转基因研究报道总数的１４％（图２）。
２．４其它方面的小麦转基因研究
小麦是严格的自花授粉作物，其物理去雄非常烦琐、化学去雄易造成环境污 染和其他的副作用，目前发现的胞质雄性不育系也由于恢复源偏少等原因极大限 制了小麦杂种优势利用。随着植物生物技术的发展，通过转基因技术创造小麦雄 性不育材料已成为可能。傅荣昭等嘞１将人工构建的雄性不育基因（ＴＡ２９一Ｂａｒｎａｓｅ 基因）导入小麦栽培品种“豫麦１８”获得了转基因植株，李艳红等哺们也将人工 构建的雄性不育嵌合基因导入小麦获得转基因小麦新材料。小麦收获前遇雨穗发 芽是一种世界性的气候灾害，我国小麦产区约有８５％的麦田存在穗发芽问题，尹 钧等ｍ¨将反义硫氧还蛋白基因导入小麦获得了具有一定抗穗发芽能力的小麦新 材料。已报道其它方面的小麦转基因研究还有抗除草剂转基因小麦研究∞２Ｉ、改善 小麦生长发育及光合特性的转基因研究睇１等。
＋通讯作者：尹钧（１９５７－），男，博士，教授，博士生导师，主要从事小麦栽培生理和生物技术研究。
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不具备正常细胞壁的合子，最终直接获得转基因的种子。该方法具有突出的发展 优势：比如操作简单，耗费低廉，且不需要经过繁琐的组织培养和植株再生过程， 特别是可以在未分离目的基因的情况下将植物的总ＤＮＡ直接用于遗传转化。正是 由于上述优点，该方法自２０世纪７０年代末问世以来倍受广大分子育种工作者的 青睐。利用花粉管通道法开展小麦转基因研究的报道始于２０世纪９０年代初， １９９４年后，国内相关的研究报道以每年ｌＯ篇左右的速度稳步上升（图１）。目前， 国内已报道的花粉管通法小麦转基因研究论文达１３０余篇，约占国内小麦转基因 报道总数的４１％（图２）。可见，花粉管通道法已经成为我国小麦遗传转化的主要 方法。