转基因苹果研究现状与展望

转基因苹果研究现状与展望

摘要：从转基因苹果受体基因型、选择标记基因、报告基因及外源基因等方面综述了转基因苹果研究现状，着重论述了外源基因在转基因苹果中的应用。同时综合文献提出了苹果转基因研究存在的问题和今后的研究方向。

关键词：苹果；转基因；基因型；外源基因；

Prospect and Research Status of Transgenic Apples

Abstract: This paper reviewed the present situation of transgenic apples from the genotype of transgenic apples receptors，selective marker gene，reporter gene and exogenous gene and so on，moreover,the application of exogenous gene in transgenic apples were mainly discussed．Meanwhile，problems in the study of transgenic apples and the research direction in the future were put forward by summarizing literature．

Key words: Apple;Transgenic;Genotype;Exogenous gene

苹果是世界四大水果之一，是我国第一大水果，在国民经济中占有重要地位。随着社会的发展，培育优良苹果品种已经成为广大消费者的迫切要求。目前，培育出的苹果品种虽然已有800 多个，但是培育具有综合农艺性状的品种仍然是一大难题。其主要原因是: ①苹果是高度杂合的树种，遗传背景比较复杂，有性杂交后代广泛分离，选育结果难以控制; ②苹果童期( 5 ～7 年) 比较长，育种周期长; ③苹果育种工作已有上百年的历史，长期的人为定向选育使苹果品种的遗传性趋于一致，基因型范围越来越窄。以上原因对苹果育种造成诸多不利影响，使培育具有优良综合农艺性状的苹果品种极为困难。

20 世纪80 年代发展起来的转基因技术为苹果品种的遗传改良提供了新的技术方法

首先，转基因技术只对个别性状进行改良即可获得理性个体; 其次，转基因植株不存在童期问题，可以缩短育种周期; 最后，转基因技术可以打破物种界限，极大地丰富基因来源转基因技术给苹果育种工作展现了良好的前景，笔者就苹果转基因方面的研究进展作一综述。

1 苹果转基因受体基因型

1989 年James 等首次获得转基因绿袖苹果，此后，苹果转基因研究迅猛发展迄今为止，用于苹果转基因研究的受体基因型越来越多，除绿袖外，还包括M26 、元帅、皇家嘎拉、嘎拉、Braeburn、Elstar、乔纳金、富士、辽伏、Marshall、McIntoshM．9、M29、粉红佳人( Pinkla-dy)、Jork9 Queen Cox 、王林( Orin)、金矮生( Jon-agored) 17 个品种。

2 选择标记基因

转化的植物中存在着转化细胞和未被转化的细胞，它们之间存在着生长竞争，需要插入选择标记基因来选择转化了的细胞以获得转化植株植物基因工程中常用的选择标记基因主要有两大类: 一类是编码抗生素抗性的基因，如新霉素磷酸转移酶基因Ⅱ( npt II)潮霉素磷酸转移酶基因( hpt) 和二氢叶酸还原酶基因( dhfr) 等; 另一类是编码除草剂抗性的基因，如草丁膦乙酰转移酶基因( bar) 在苹果转基因中应用最多的选择标记基因是nptⅡ，其作用原理是nptⅡ基因编码新霉素磷酸转移酶，通过酶促磷酸化使氨基糖苷类抗生素失活，从而解除毒性，使转基因植物对卡那霉素巴龙霉素等氨基糖苷类抗生素产生抗性。

3 报告基因

报告基因是指其编码产物能够被快速地测定，在转化的早期阶段可以快速检测外源基因是否成功导入受体细胞组织或器官，并检测其表达活性的一类特殊用途的基因在苹果转基因研究中，常用的报告基因有新霉素磷酸转移酶基因Ⅱ( nptII) β-葡萄糖醛酸乙酰转移酶基因( gus) 胭脂碱合成酶基因( nos)和绿色荧光蛋白基因( gfp) ［19 ］等。

4 苹果品种改良基因

1989 年James 等首次获得转基因绿袖苹果后，苹果转基因研究迅猛发展，外源基因涉及到改良植物性状的目的基因范围也越来越广目前苹果改良基因研究有以下几个方向:

抗病虫害基因开花相关基因矮化植株基因促进生根基因抗除草剂基因耐贮藏基因及调控基因等。

4,1 抗病基因

在苹果的遗传转化中，抗病基因研究主要集中在抗火疫病( Erwinia amylovora) 方面

与此相关的有Cecropin B、Attacin A、SB- 37、Shiva- 1、Attacin E、hrpN、NPR1、MB39 gene、mbr4、等基因CecropinB Attacin A 和Attacin E 是从天蚕体内分离出来的细胞溶解酶蛋白; SB- 37 Shiva- 1 是人工合成的细胞溶解酶类似物此外还有抗真菌基因β- 1，3-葡聚糖酶双价基因、内切几丁质酶基因、stilbene synthase gene、PGIP 以及抗苹果黑星病基因pinB。

4,2 抗虫基因

到目前为止，导入苹果的外源抗虫基因有抗鳞翅类和鞘翅类昆虫的CpTI 基因、苏云金杆菌毒蛋白基因( Bt) 、生物素绑定蛋白基因、CpTI 对于许多害虫都具有抗性，广谱性是其应用于植物基因工程最主要的优点; Bt 是从苏云金杆菌分离出的杀虫结晶蛋白( ICP) 基因，ICP 以原毒素形式存在，昆虫取食后，在消化道被活化，与肠道上特异性结合蛋白结合，使ICP 全部或部分嵌合于细胞膜上，产生孔道，昆虫幼虫停止进食，最终死亡; 生物素绑定蛋白基因通过表达抗生物素蛋白或卵白素蛋白提高苹果的抗虫性。

4,3 开花相关基因

果树童期长的特点在很大程度上延长了果树的育种周期开花相关基因的研究，为缩短果树的童期，从而缩短育种周期提供了分子理论基础目前已经从多种植物上克隆到MdTFL、BpMADS4等基因，并应用到苹果的遗传转化中MdTFL 基因是从苹果( Malus ×domesti-ca Borkh．) 中克隆得到，该基因与拟南芥中的TERMINALFLOWER1( TFL1) 基因为同源基因，可以抑制花的分生组织形成Kotoda 等向苹果中转入反义MdTFL 基因可以抑制MdTFL 的表达，从而使苹果可以在嫁接8 ～15 个月后就可以开花BpMADS4 是从欧洲白桦( Betula pendula) 中克隆出的MADS- box 家族基因，其主要在欧洲白桦的花序茎尖和根尖中表达，作用主要是促进早起花的形成Flachowsky 等将BpMADS4 基因转入苹果Pinova 中，3 ～ 4 个月就可以开花

4,4 矮化基因

矮化栽培因具有结果早、品质好、管理方便、品种更新快等优点，已成为果树业发展的趋势。由于果树有很长的生命周期，使得传统的育种方法选育矮化品种非常缓慢，利用基因工程技术可以大大提高矮化品种培育的速率。目前已经从病原体农杆菌中鉴定和克隆出一些与矮化有关的基因，在苹果中得到应用的主要有rolA、rolC、phyB、gai基因等Holefors 等及Zhu 等将rolA 基因转入砧木M26，获得的转化植株与对照相比，树体矮小，节间缩短，树叶面积减小。Holefors 等获得的转化植株叶、根干重均降低，Zhu 等获得的转化植株的根明显缩短。Igarashi 等将从拟南芥中克隆出的rolC 基因转入Marubakaidou 砧木，获得的转基因植株有1 ～ 3 个拷贝的rolC 基因整合到基因组DNA 中，转基因植株的节间缩短、叶片面积减小、顶端优势减弱。2000 年Hole-fors 等将拟南芥phyB( 光