植物遗传转化研究进展
药用植物遗传转化和基因编辑技术研究进展
植物科学学报 2024，42（2）：242～253Plant Science Journal DOI：10.11913/PSJ. 2095-0837. 23186张云罗，吴迎梅，刘义飞，胡志刚，苟君波. 药用植物遗传转化和基因编辑技术研究进展[J]. 植物科学学报，2024，42（2）：242−253Zhang YL，Wu YM，Liu YF，Hu ZG，Gou JB. Recent progress in medicinal plant transformation and genome editing[J]. Plant Science Journal，2024，42（2）：242−253药用植物遗传转化和基因编辑技术研究进展张云罗1 #，吴迎梅1, 2 #，刘义飞1，胡志刚1 *，苟君波1, 3 *（1. 湖北中医药大学药学院，湖北省中药资源与中药化学重点实验室，湖北省时珍实验室，武汉 430065； 2. 云南师范大学生命科学学院，马铃薯科学研究院，云南省马铃薯生物学重点实验室，昆明 650500； 3. 湖北江夏实验室，武汉 430200）摘 要：植物遗传转化和基因编辑技术是后基因组时代研究基因功能的重要手段。
植物遗传转化从最初依赖组织培养的方式发展到了不依赖组织培养的直接转化方式；基因编辑技术从需要剪切特定基因片段再修复的第1阶段编辑技术，发展到了无需剪切即可在特定部位精确替换碱基或精确插入、删除片段以及大片段的第3阶段编辑技术，两种技术不断取得突破，推动着植物生物技术的飞速发展。
本文综述了植物遗传转化方法与基因编辑技术的最新研究进展，以及它们在药用植物中的应用，并对药用植物遗传转化新方法和基因编辑技术的建立进行了展望，旨在为药用植物的基因功能和分子育种研究提供技术支撑。
关键词：药用植物；遗传转化；基因编辑中图分类号：Q943.2 文献标识码：A 文章编号：2095-0837（2024）02-0242-12Recent progress in medicinal plant transformation and genome editing Zhang Yunluo1 #，Wu Yingmei1, 2 #，Liu Yifei1 ，Hu Zhigang1 *，Gou Junbo1, 3 *（1. Hubei Key Laboratory of Resources and Chemistry of Chinese Medicine, College of Pharmacy, Hubei University of Chinese Medicine, Wuhan 430065, China； 2. School of Life Science, AGISCAAS-YNNU Joint Academy of Potato Sciences,Yunnan Normal University, Y unnan Key Laboratory of Potato Biology, Kunming 650500, China；3. Hubei Jiangxia Laboratory, Wuhan 430200, China）Abstract：In the post-genomic era, both plant genetic transformation and genome editing have emerged as critical tools for gene function research. Plant genetic transformation has evolved from methods requiring tis-sue culture to new approaches that bypass tissue culture entirely. Furthermore, gene editing technology has advanced from initial techniques of targeted gene segment modification and repair to more sophisticated strategies, such as precise nucleotide substitution and targeted insertion, deletion, and segment editing at specific sites without the need for cutting. Recent advancements in both plant genetic transformation and genome editing have significantly accelerated the field of plant biotechnology. In the present paper, we review recent progress on plant genetic transformation and genome editing technologies, as well as their applica-tions in medicinal plants, providing insights into gene function analysis and molecular breeding strategies for medicinal plants.Key words：Medicinal plants；Genetic transformation；Gene editing收稿日期：2023-06-26，接受日期：2023-08-16。
猕猴桃遗传转化研究进展
猕猴桃遗传转化研究进展猕猴桃属于猕猴桃科猕猴桃属的多年生落叶藤本植物，其果实营养丰富，人体必需的矿物质、纤维素和维生素含量较高。
此外，还具有药用价值，有水果之王之美誉。
要获得高品质的猕猴桃，遗传转化无疑成为一种有效的现代生物技术。
猕猴桃属雌雄异株，倍性复杂，雌雄株间花期不遇使种间杂交困难，育种周期长，且有不确定性。
因此，需要引进新的手段和方法进行育种。
目前，猕猴桃的遗传转化已取得很大进步，本文就猕猴桃遗传转化方面的研究进展做一综述。
1 已别离与克隆的猕猴桃目的基因目前已被别离和克隆的目的基因，主要与猕猴桃果实成熟及衰老过程有关。
从1993年开始，MacDiarmid和任小林等分别成功地从猕猴桃果实中别离和克隆出ACC氧化酶基因，导入猕猴桃，均可增强猕猴桃的耐贮藏性。
1997年王春霞等建立了由根癌农杆菌介导的西瓜高效遗传转化系统，来控制植株的寿命和果实早熟或耐储藏性。
xx年宋喜贵等利用从番茄果实中别离到的ACC合成酶c DNA基因反向置于CaMV35S启动子的控制之下，并转入美味猕猴桃的愈伤组织中从而延缓植株衰老并提高其耐贮藏性。
Atkinson等从美味猕猴桃中别离克隆出PG基因。
任小林等还从美味猕猴桃中克隆了钙调蛋白c DNA。
徐昌杰等从中华猕猴桃别离出的ACC合成酶家族四个成员的基因组DNA片段。
2 猕猴桃遗传转化的方法遗传转化主要是将外源基因导入受体细胞中，使之发生定向的遗传变异。
通常利用重组DNA，组织培养或种质系统转化等技术，其方法主要有农杆菌介导法、花粉管通道法等。
目前，在猕猴桃遗传转化中应用的方法主要有农杆菌介导法、基因枪法、DNA直接摄取法等。
2.1 农杆菌介导转化法包括根癌农杆菌和发根农杆菌介导法。
该方法研究较成熟。
农杆菌介导法获得稳定转化体的频率更高且重复性更好。
2.2 基因枪介导转化法又称微弹轰击法，其将外源DNA片段包裹在微小金粒或钨粒外表，然后在高压作用下将微粒高速射入植物细胞或组织中，微粒上的外源DNA进入细胞后整合到植物染色体上，得到阳性表达从而实现基因转化。
植物遗传转化的替代方法及研究进展
万方数据３２生物技术通报ＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｕｌｌｅｔｉｎ２０１１年第７期物——水稻，经过处理后的小花结实率为２０％，转化效率高达４％。
采用花粉管通道法导人外源ＤＮＡ的方法有子房注射法和柱头滴注法，花器官较大的作物，如棉花可采用子房注射法；而花器官较小的作物，如水稻则采用柱头滴注法较好。
花粉管通道法的最大优点是不依赖于植物组织培养过程，避免了组织培养过程中可能产生的体细胞变异及基因型依赖性等问题，特别适合用于难以建立有效再生体系的植物以及可以把目的基因导入任何农艺性状优良的品种中；可以直接获得转基因种子，纯合速度快，节省育种时间，在农作物的分子育种中占有独到的优势¨１。
经过不断的技术改进，花粉管通道法可以满足规模化生产转基因植物的要求。
我国推广面积最大的转基因抗虫棉基本上就是花粉管通道法结合传统育种方法培育出来的。
已有研究结果表明，通过花粉管通道法获得的转基因植株外源基因多以多拷贝插入，而且插入的位置也具有随机性，在外源基因整合过程中染色体发生了转置、缺失等突变，致使转基因后代在表型上表现出变异。
刘冬梅等＂。
对花粉管通道法获得的棉花转基因后代的主要农艺性状进行了分析，转基因后代间的形态、生育期、产量和纤维品质等有显著的变化。
利用花粉管通道法获得的棉花转基因后代，其中仅有少部分符合孟德尔遗传分离定律，多数后代的遗传分离比例变化较大，存在着遗传分离多样性。
马盾等Ｈ’分析了通过花粉管通道法获得的棉花转基因后代中外源基因的稳定性，当转基因后代种植到Ｔ３一Ｔ４代时，有外源ＤＮＡ丢失现象，呈现出外源ＤＮＡ遗传不稳定性。
花粉管通道法的重复性较差，虽然已有利用花粉管通道法成功转化大豆的报道，但Ｓｈｏｕ¨１报道，利用花粉管通道法不能成功转化大豆；花粉管通道法的转化效率一般都非常低，利用基因枪法转化黑麦的转化效率是花粉管通道法的１０倍峥１。
１．２茎尖转化法１９８８年Ｕｌｉａｎｏ¨第一个采用茎尖转化法将含有卡那霉素基因以及Ｂ一葡糖苷酸酶基因导入矮牵牛，其转化效率与采用农杆菌介导法转化矮牵牛的转化效率大致相同，而且，此方法不经过组织培养阶段，从转化到生根仅用６周，可以节省大量的时间。
茶树遗传转化体系研究进展
茶树遗传转化体系研究进展茶树（Camellia sinensis）是中国传统的经济作物之一，也是世界上最重要的饮料作物之一。
茶树叶子中富含多种生物活性物质，具有保健和药用价值。
遗传转化技术是通过导入外源基因，使目标作物获得新的性状和功能的一种方法。
近年来，茶树遗传转化体系的研究取得了很大的进展，为茶树育种和基因功能研究提供了重要的工具。
茶树的遗传转化体系研究主要包括以下几个方面：基因载体构建、遗传转化方法优化、基因稳定性和表达调控等。
基因载体构建是茶树遗传转化体系的基础。
常用的基因载体包括植物冠状病毒载体、冠状类病毒载体和叶绿体基因载体等。
研究人员通常将目标基因插入到载体中，并通过限制性内切酶酶切和DNA连接酶连接等技术将目标基因与载体DNA连接起来。
构建好的基因载体可以被导入到茶树细胞中，实现基因导入和表达。
遗传转化方法优化是实现茶树遗传转化的关键。
常用的茶树遗传转化方法包括农杆菌介导的遗传转化和基因枪法。
农杆菌介导的遗传转化是将基因载体通过农杆菌侵染茶树叶片或茶叶雄蕊等植物组织，使基因载体被茶树细胞摄取和整合到基因组中。
基因枪法则是通过高速离心将基因载体直接“射击”到茶树组织，使基因载体被茶树细胞摄取。
目前，农杆菌介导的遗传转化是茶树遗传转化的主要方法，已经在茶树中导入了多个外源基因。
基因稳定性和表达调控也是茶树遗传转化体系研究的重要内容。
基因的稳定性是指导入的外源基因在茶树代谢和遗传传递过程中是否稳定存在和表达的能力。
一些研究表明，茶树中导入的外源基因常常存在基因沉默、基因组重组和基因丧失等现象，导致外源基因的稳定性较差。
为了提高基因的稳定性，研究人员通过改变外源基因的构建和引导序列，优化导入植物细胞的条件等方法，使外源基因能够更稳定地存在和表达。
还可以通过使用组织特异性启动子和组织特异性表达子等手段，实现外源基因在茶树中的特异性表达。
茶树遗传转化体系的研究进展极大地丰富了茶树遗传改良的手段和技术，为茶树的育种和基因功能研究提供了有力的支持。
植物遗传转化研究进展
植物遗传转化研究进展重庆师范大学生命科学学院生物科学（师范）专业2009级指导教师摘要：植物遗传转化是一项农业生物技术，它通过某种途径或技术将外源基因导入受体细胞的全基因组中，并使之在受体细胞中得以充分表达。
目前一些重要农作物转基因品种已经或即将投入到实际应用，随着研究的不断深入,本文对植物遗传转化的技术作出了新的展望。
关键词：植物遗传转化；植物遗传转化方法；应用；进展Abstract：Plant genetic transformation is a kind of agricultural biotechnology.It delivers to the whole-genome of receptor cells through a certain approach or technique to make the exogenous genes fully expressed in receptor cells. At present, genetically modified varieties of some important crops have been or are about to put into the practical use. with the deepening of the research,this paper makes a new outlook of the plant genetic transformation technology.Key words: Plant genetic transformation; the approaches of plant genetic transformation; application; progress植物遗传转化是指以植物的器官、组织、细胞或原生质体作为受体，通过某种技术或途径转入外源基因，获得使外源基因稳定表达的可育植株。
农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究
农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究植物遗传转化技术是一项广泛应用于作物改良和生物制药领域的重要技术手段。
其中农杆菌介导的植物遗传转化技术是目前最为常用和成熟的一种转化方法。
本文将对农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究进行介绍和探讨。
一、农杆菌介导的植物遗传转化技术原理农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）是一种土壤杆菌，是一种天然的植物病原菌。
它通过菌体上存在的Ti质粒（tumor-inducing plasmid）和T-DNA（transfer DNA）片段，将外源DNA片段导入植物细胞并整合到植物基因组中，导致细胞核内出现转化的植物细胞。
因此，农杆菌介导的植物遗传转化技术也被称为农杆菌转化。
农杆菌介导的植物遗传转化技术包括以下几个步骤：农杆菌感染植物细胞、T-DNA整合进入植物细胞、T-DNA片段内的外源DNA导入植物细胞基因组、以及转化细胞的筛选和检测等。
其中，农杆菌感染植物细胞是整个转化过程的关键步骤，需要通过构建合适的载体和适当的农杆菌菌株，使其能够有效地感染到目标植物细胞。
二、农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究进展农杆菌介导的植物遗传转化技术已经被广泛应用于许多作物品种的改良和基因功能研究中。
例如，利用农杆菌转化技术可将外源基因导入烟草、玉米、水稻、小麦、大豆等许多重要的作物中，实现对它们特性的改良。
在农杆菌介导的植物遗传转化技术的研究和应用中，也出现了许多问题。
其中，影响转化效率的因素包括转化载体、农杆菌菌株、植物品种、转化条件等。
此外，还存在着难以破解的难题，例如植物细胞壁难以透过、转化后细胞的不稳定性、外源基因的稳定性等。
为了提高转化效率和成功率，许多研究者着眼于改进农杆菌转化系统，包括构建新的载体、筛选适合的农杆菌菌株、研究植物细胞壁和农杆菌感染机制等。
一些新型转化技术，例如粒子轰击法、激光微加工技术和等离子膜处理技术等，也被尝试用于植物遗传转化中，但它们还需要进一步的研究和优化。
茶树遗传转化体系研究进展
茶树遗传转化体系研究进展茶树是世界上最重要的经济作物之一，也是我国特色农产品。
传统的育种方法需要长时间的筛选和选择，效率低，而基因工程技术可以提高育种效率和茶叶品质。
在茶树遗传转化方面，已经有很多研究取得了重要进展。
首先是基因载体的选择。
初期常常使用农杆菌介导的转化方法，其中的重要挑战之一是找到合适的载体。
目前常用的载体有植物表达质粒、农杆菌感染质粒和农杆菌载体。
植物表达质粒通常是从其他物种中获取的，包括35S CaMV启动子、nos启动子，以及靶向茶叶基因的启动子。
这些质粒中会包含筛选标记或转录因子。
农杆菌感染系统包括开放式操作（放线菌素、辛-杀菌素，以及辛醇）和闭合式操作（特殊酵素消化膜壳），是其中比较成熟的一种，适用于多种植物物种，包括茶树。
农杆菌载体则基于自然界中存在的菌株，可以将目标基因导入植物细胞。
其次是基因导入后的表达和鉴定。
在茶树中，GFP荧光蛋白和GUS酶是最常用的标记物质。
在许多研究中，这些标记物质已被用来确认外源基因的成果和活性。
此外，PCR和Southern blotting检测方法可以做到更高的灵敏度。
蛋白质印迹法可以用来检测蛋白质表达是否成功，以及定量外源蛋白在植物中可行性研究。
最后是转基因茶树的应用。
茶树中存在许多重要的基因，在新茶叶生产和茶叶品质方面表现出重要作用。
比如，茶多酚合成途径中的酪氨酸和儿茶素双加氧酶基因转入大叶种茶树中，在儿茶素含量、离子含量、抗氧化能力等方面都取得了有趣的成果。
另外，转入upb1基因，也会显著提高茶叶中的多酚类物质含量和抗氧化能力。
总之，茶树基因工程的发展为茶叶科研和生产提供了新的途径和机会，同时，也还需要进一步的研究完善各项技术，以便更好地实现茶树的遗传转化。
茶树遗传转化体系研究进展
茶树遗传转化体系研究进展茶树是世界上最古老的观赏植物之一，也是世界上三大饮料树之一，其主要产地在中国，茶叶在中国有着悠久的历史，被誉为“中国国饮”。
茶树遗传转化体系研究是茶叶生产领域的一个重要研究领域，对于茶叶的产量和质量的提高具有重要意义。
本文将对茶树遗传转化体系研究的进展进行介绍。
一、茶树遗传转化的意义茶树属于古老的且与人类关系密切的植物，其遗传资源的开发利用对于提高茶树的产量和品质具有非常重要的意义。
通过茶树遗传转化，可以改良茶树的株型、抗病性、耐逆环境能力，提高茶树产量和品质。
茶树遗传转化体系研究已经成为茶叶生产领域的一个研究热点。
茶树遗传转化的方法主要包括基因工程、体细胞遗传学和分子标记辅助选择等几种方法。
1.基因工程基因工程是通过人为的方法对茶树进行基因的改变和转移，常用的包括嗜冷菌基因、抗病基因等。
这些外源基因通过转化技术导入到茶树中，改变茶树的性状，从而提高产量和品质。
2.体细胞遗传学体细胞遗传学是通过离体培养茶树组织细胞，然后进行基因转移或诱发突变等方法来改良茶树的性状。
3.分子标记辅助选择分子标记辅助选择是通过分子标记对茶树基因进行鉴定和筛选，选择出优良的基因型，然后进行杂交育种。
这些方法都在一定程度上提高了茶树的产量和品质，为茶树遗传转化的研究提供了重要的技术手段。
1. 基因工程技术在茶树中的应用基因工程技术是茶树遗传转化体系研究中的一个重要手段，通过基因工程技术可以向茶树导入抗病基因、耐逆基因等，提高茶树的抗病性和适应能力。
研究表明，嗜冷菌基因的导入可以使茶树提高抗寒性，抗冻性和适应寒冷的能力，进而提高产量和品质。
2. 体细胞遗传学在茶树中的应用体细胞遗传学是茶树遗传转化体系研究中的另一个重要手段，通过体细胞遗传学可以诱发茶树的突变，产生新的花色、叶色、抗病性等优良性状。
体细胞遗传学还可以对茶树进行遗传改良，提高其产量和品质。
3. 分子标记辅助选择在茶树中的应用分子标记辅助选择是茶树遗传转化体系研究中的又一重要手段，通过分子标记辅助选择可以鉴定茶树基因型，挑选出优良的基因型进行育种。
植物非组培遗传转化方法研究的进展
文献综述REV IEW植物非组培遗传转化方法研究的进展张庆祝 韩天富3中国农业科学院作物科学研究所,北京,1000813通讯作者,hantf@mail1caas1net1cn摘要在许多植物中,转化效率低一直是制约分子育种和基因功能研究的障碍。
目前,在拟南芥等模式植物的研究中,非组培方法已成为遗传转化的主要手段,这些方法在其它植物中也有广阔的应用前景。
本文介绍了几种较为成功的非组培遗传转化方法的应用情况和技术原理,并对下一步研究工作提出了建议。
关键词植物,非组培转化,靶组织/细胞,农杆菌Non2Tissue Culture Transformation of PlantsZhang Qingzhu Han Tianfu3Institute of Crop Science,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing,1000813Corresponding author,hantf@mail1caas1net1cnABSTRACTIn many plants,the efficiency of molecular breeding and gene functional analysis are limited because of low transformation rate.At present,non2tissue culture transformation has become the major method of transforma2 tion in model plants like A rabi dopsis.The application of non2tissue culture transformation in other plants is al2 so promising.In this review,the techniques and possible mechanism of several successful non2tissue culture transformation methods are introduced and some advices on the future studies are put forward.KEYWORDSPlant,Non2tissue culture transformation,Target tissue/cell,A grobacteri um植物遗传转化始于20世纪70年代(Hooy2 kaas and Schilperoort,1992),30年来,植物基因工程取得长足发展,转基因作物在生产上大面积推广应用。
发根农杆菌介导的药用植物遗传转化研究进展_陈敏
发根 农 杆 菌 ( Agrobacterium rhizogenes ) 是 属 于 根 瘤 菌 科 ( Rhi zobi taceae ) 农 杆 菌 属 ( Agrobacterium )的革兰氏阴性菌 ,能侵染绝大多数的双子叶植物和少数单子叶植物 [1]及个别 的裸子植物 [2, 3 ] ,诱发被感染植物的受伤部位长出毛状根 ( hai ry roo t )。发根农杆菌之所以具有 这种致根特性 ,是由于它具有能诱导毛状根产生的 Ri质粒 ( roo t-inducing plasmid)。Ri 质粒是 发根农杆菌染色体外的一个大质粒 ,带有冠瘿碱合成酶基因。 根据 Ri质粒诱导植物产生的冠 瘿 碱 种类 不 同 , Ri 质 粒可 以 划分 为甘 露碱 型 ( Manno pi ne-t ype)、黄 瓜碱 型 ( Cucum opi nety pe)、农杆碱型 ( Ag ropi ne-t ype)、米奇矛型 ( Miki mopi ne-t ype)四种类型。含有农杆碱型 Ri 质 粒的菌株通常具有更广泛的宿主范围和更强的致根特性。
桔梗
Pl atycodon grand if lorum 露水草
Cyanotis arachnoidea 绞股蓝
Gynostemma pentap hyl l um 丹参
Salv ia miltorrhiza 半边莲
根 整体植株 幼叶 叶片
Lob eli aceae 罂粟科
Pa pav eraceae 蝶形花科
原叶 体、细 胞悬 浮液
顶 芽、 侧 芽 叶、 茎、根
茎 尖、 茎 基 部、 叶圆片、下胚轴
原生质体
菊科 Aster acea e
青蒿 Astemisia annua L.
茶树遗传转化体系研究进展
茶树遗传转化体系研究进展茶树是中国特有的植物，有着悠久的栽培历史。
茶树的产地主要分布在中国南方和西南地区，其中以云南、福建、安徽等省份的茶叶最为著名。
茶树的遗传转化体系研究已成为茶叶产业发展的重要方向之一，对茶叶品质改良、增产增效等具有重要意义。
本文将对茶树遗传转化体系研究的进展进行分析和总结，希望能为相关领域的科研工作者和茶叶生产者提供一定的参考价值。
一、茶树遗传转化体系研究的背景与意义茶树遗传转化体系研究是指通过生物技术手段改良茶树的遗传特性，并利用这些特性来提高茶叶的品质和产量。
茶叶作为中国的传统饮品，具有广泛的市场需求，因此对茶树进行遗传改良，是茶叶产业持续健康发展的必然选择。
茶叶中的一些次生物质，如茶多酚、儿茶素等，具有抗氧化、抗癌、减肥等功效，因此其研究也具有重要的医药价值。
通过遗传转化体系研究，不仅可以提高茶树的产量和品质，还可以开发出更多的功能性成分，为相关产业的发展提供更多的可能性。
茶树遗传转化体系研究主要采用生物技术手段，包括基因工程技术、细胞工程技术、组织培养技术等。
基因工程技术是茶树遗传转化体系研究的核心内容，主要包括外源基因导入、基因敲除、基因编辑等方法。
通过外源基因导入，可以向茶树中导入具有抗病虫、耐逆性等功能的基因，增强茶树的抗逆性和产量；通过基因敲除和基因编辑，可以抑制或改变茶树中一些不利于品质和产量的基因表达，从而提高茶叶的品质和产量。
细胞工程技术和组织培养技术也在茶树遗传转化体系研究中发挥着重要作用，可以通过植物体细胞的再生和组织的培养，实现茶树的体外繁殖和遗传改良。
近年来，茶树遗传转化体系研究取得了一系列重要的进展与成果。
在基因工程技术方面，国内外的科研机构和企业，通过引入抗病虫基因和耐逆基因，成功提高了茶树的抗逆性和生长速度，增强了茶树的产量和品质。
在基因敲除和基因编辑方面，研究人员通过CRISPR/Cas9等技术，成功实现了茶树中一些不利于茶叶品质和产量的基因的抑制和改变，为茶树的品质和增产增效提供了新的途径。
纳米材料介导植物遗传转化的研究进展
纳米材料介导植物遗传转化的研究进展作者：杨得民曹婷婷吕敏陈楠来源：《上海师范大学学报·自然科学版》2024年第01期DOI：10.3969/J.ISSN.1000-5137.2024.01.016收稿日期：2023-11-01基金项目：国家自然科学基金（21974089）作者简介：杨得民（1999—），男，硕士研究生，主要从事纳米材料用于植物基因表达调控等方面的研究. E-mail：156***************** 通信作者：陈楠（1979—），女，研究员，主要从事纳米生物效应、纳米荧光探针及纳米药物等方面的研究. E-mail：**************.cn引用格式：杨得民，曹婷婷，吕敏，等. 纳米材料介导植物遗传转化的研究进展［J］. 上海师范大学学报（自然科学版中英文），2024，53（1）：120‒128.Citation format：YANG D M，CAO T T，LYU M，et al. Research progress of nanomaterials in plant genetic transformation ［J］. Journal of Shanghai Normal University （Natural Sciences），2024，53（1）：120‒128.摘要：植物遗传转化对于改善农作物的性状，培育高产、优质、多抗性的新品种，从而降低农药和肥料的使用量等至关重要. 传统的遗传转化方法存在着诸多局限性，如物种的不普适性，植物组织易被破坏，成本高、耗时长和转化效率低等. 近几年，纳米材料介导的植物遗传转化策略逐渐被研究和尝试，并显示出了不受物种限制、生物相容性良好和操作简单等一系列优势. 文章对常用的传统遗传转化方法进行了总结，重点介绍了近年来多种纳米材料在植物遗传转化中的研究和应用进展，并讨论和展望了纳米材料在植物遗传转化应用领域的挑战和发展前景.关键词：纳米材料；纳米基因载体；植物遗传转化；基因表达调控中图分类号：Q 943.2 文献标志码：A 文章编号：1000-5137（2024）01-0120-09Abstract：Plant genetic transformation is crucial for improving quality of crop straits，cultivating new varieties with high yield，improved quality，and multi-resistance，thereby reducing the use of pesticides and fertilizers. Traditional genetic transformation approaches have great limitations，including the non-universality of species，susceptibility to plant tissue destruction，high cost，long time consumption，and low transformation efficiency. In recent years，strategies for plant genetic transformation mediated by nanomaterials have been developed and attempted，and have shown a series of advantages such as no species limitation，good biocompatibility，and simple operation. This review introduces the commonly used traditional genetic transformation methods and focuses on the recent research and application progress of various nanomaterials in plant genetic transformation. Finally，the challenges and prospects in the field of plant genetic transformation are discussed.Key words：nanomaterials；nano-gene vetors；plant genetic transformation；regulation of gene expression0 引言植物遺传转化指利用物理、化学方法或借助载体，将外源遗传物质导入植物受体细胞，并整合到受体细胞的染色体中，从而调控目的基因在受体植物中的表达水平，达到改变植物性状以及培育植物新品种的目的. 植物遗传转化技术是植物基因工程的关键，传统的植物遗传转化方法主要包括农杆菌介导法、聚乙二醇（PEG）介导法、脂质体介导法、基因枪法、花粉管通道法和超声波法等.尽管植物遗传转化技术取得了许多突破，但仍远落后于动物基因工程的发展. 植物细胞的细胞壁由纤维素、半纤维素、果糖和少量结构蛋白构成［1］，参与调节细胞的形状和扩张、控制组织凝聚以及抵御微生物或病原体等生理功能［2］，细胞壁的存在使外源物质难以进入细胞内部，仅允许小粒径的生物分子通过，极大程度地阻碍了外源基因载体进入植物细胞内部发挥功能. 因此，许多现有的基因转导技术很难被应用于植物遗传转化［3］.20世纪末，随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因其尺寸小、比表面积大、生物兼容性较好等优点被广泛用作基因载体应用于生物医学领域［4］. 近年来，研究者们尝试将纳米材料应用于植物遗传转化领域，并展示出了巨大的潛力. 目前，纳米材料已经被作为核酸载体应用于烟草、棉花、水稻等植物［5］. 本文介绍了两种最常用的传统遗传转化方法以及纳米材料介导的基因传递系统的研究现状，并且讨论了不同种类纳米材料在介导植物基因传递方面的特点和优势.1 常用的植物遗传转化手段1.1 农杆菌介导法农杆菌侵染植物后，借助毒力蛋白将T-DNA插入植物细胞中. 毒力蛋白协助T-DNA从农杆菌转运至植物细胞壁和质膜，并促进T-DNA整合到植物核基因组中，从而实现遗传转化. 1977年，CHILTON等［6］首次利用农杆菌介导法实现了质粒DNA（plasmids DNA，pDNA）向植物细胞中的有效递送. 自此以后，农杆菌介导的植物遗传转化得到了迅速发展，目前已广泛应用于多种双子叶植物，如大豆［7］、棉花［8］、番茄［9］和烟草［10］等. 农杆菌介导的遗传转化依赖于化学物质诱导，如植物受伤后释放的酚类物质乙酰丁香酮和α酰羟基乙酰丁香酮［11］，能够诱导农杆菌吸附在植物伤口处，从而使农杆菌T-DNA发生转移，实现基因转化. 由于这些酚类物质通常不存在于单子叶植物，导致农杆菌介导的遗传转化应用范围受到限制，遗传转化效率很低. 1984年，HERNALSTEENS等［12］首次利用农杆菌成功实现了单子叶植物石刁柏的遗传转化，为实现农杆菌介导的单子叶植物遗传转化提供了可能性. 近年来，农杆菌介导的转化已经被成功应用于少部分农作物，如水稻［13］、小麦［14］和玉米［15］.农杆菌介导法是目前研究最为成熟、应用最为广泛的植物遗传转化方法. 其优势在于操作相对简单，重复性高且成本较低. 然而，该方法也存在一些明显的缺陷：（1）由于农杆菌的侵染特点，大多数单子叶植物都不会自然地被农杆菌所侵染；（2）单子叶植物的转化效率远低于双子叶植物；（3）由于农杆菌侵染后，外源DNA被随机整合到植物基因组中，很可能导致植物出现不理想的农艺性状.1.2 基因枪法1987年，KILEIN等［16］首次开发了biolistic技术，即基因枪技术，也称为粒子轰击技术，并首次使用该技术将携带DNA的钨颗粒轰击进入洋葱表皮细胞，成功转化了洋葱表皮细胞［17］. 随着研究人员对物理参数、环境和生物条件的优化，改进后的基因枪法能够转化不同的受体材料，包括原生质体［18］、愈伤组织［19］、花粉［20］等. 与农杆菌介导法相比，基因枪法较少受到植物种属的限制，适用范围更广，如CAIMI等［21］成功将解淀粉芽孢杆菌的SacB基因转入单子叶植物玉米，促进了具有较高经济价值的果聚糖合成，显示出了该方法在农作物育种改良中的应用潜力. 基于其受体植物物种的多样性，操作简便以及可以转化高达150 kb分子量的DNA等优点，基因枪法在植物基因工程中得到了广泛的发展. 然而基因枪法也存在局限性：一方面粒子轰击系统所使用的设备及材料（如金颗粒和基因枪等）较为昂贵，增加了遗传转化的成本；另一方面，粒子轰击容易对植物造成损伤，导致其转化效率降低，以及转化后的DNA片段容易发生断裂，进一步限制了转化的成功率.2 纳米材料介导的植物遗传转化与传统的植物遗传转化方法相比，纳米材料介导的基因递送策略具有多种优势，例如细胞毒性较低、操作简单和不受物种限制且能同时递送多种生物分子等. 此外，纳米材料还具有易于设计和改性的独特优势，例如，纳米材料可经过表面修饰后，实现针对特定植物细胞器（叶绿体［22］和线粒体［23］）的靶向递送. 目前，已有多种纳米材料被报道应用于植物体内的基因表达调控，主要包括碳基、纳米金、层状双氢氧化物（LDH）和肽载体等纳米材料.2.1 碳基纳米材料在植物中遗传转化的应用碳基纳米材料因具有出色的光学性能、良好的生物相容性、丰富的表面官能团等优点，被广泛应用于电子、传感、纳米医学等各个领域. 碳纳米管、碳点、石墨烯和氧化石墨烯等是碳基纳米材料家族的主要成员. 已有大量研究聚焦于碳基纳米材料与哺乳动物之间的相互作用，然而将其应用于植物基因递送的研究目前仍处于起步阶段，其作为植物遗传转化中的基因递送载体的效率和相关机制仍在探索中.2.1.1 碳点碳点是直径小于10 nm的零维碳纳米材料，因其优异的光学性能，良好的生物相容性而被广泛应用于生物医学、光催化等领域. 近年来，碳点在植物方面的研究主要聚焦于其对于植物生长、发育［24］、光合作用［25］和抵抗生物胁迫［26］的影响等. 碳点的小粒径和表面丰富的官能团为其负载核酸，穿过细胞壁提供了可能性，因此研究人员尝试将碳点应用于植物核酸递送中. 碳点通常因表面带羟基或羧基而呈负电荷，WANG等［27］将聚乙烯亚胺（PEI）引入碳点表面，使其带正电荷，并通过静电吸附携带pDNA，在水稻、小麦、绿豆等多种植物中实现了基因递送和功能的表达，成功诱导水稻叶片组织产生了潮霉素抗性，如图1（a）所示. SCHWARTZ等［28］使用PEI作为碳源，通过溶剂热反应合成了用于吸附siRNA（小干扰RNA，small interfering RNA）的水溶性碳点，该纳米复合物进一步与非离子型表面活性剂混合制备成制剂，使用低压喷雾方法喷洒至烟草和番茄叶片上，沉默了绿色荧光蛋白（GFP）和内源性基因镁螯合酶H亚基（Magnesium Chelatase H，CHLH，一种叶绿素合成关键酶），如图1（b）所示，成功观察到叶片白化，并通过定量聚合酶链反应证明了相关基因mRNA转录水平的降低，如图1（c）所示.尽管植物遗传转化技术取得了许多突破，但仍远落后于动物基因工程的发展. 植物细胞的细胞壁由纤维素、半纤维素、果糖和少量结构蛋白构成［1］，参与调节细胞的形状和扩张、控制组织凝聚以及抵御微生物或病原体等生理功能［2］，细胞壁的存在使外源物质难以进入细胞内部，仅允许小粒径的生物分子通过，极大程度地阻碍了外源基因载体进入植物细胞内部发挥功能. 因此，许多现有的基因转导技术很难被应用于植物遗传转化［3］.20世纪末，随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因其尺寸小、比表面积大、生物兼容性较好等优点被广泛用作基因载体应用于生物医学领域［4］. 近年来，研究者们尝试将纳米材料应用于植物遗传转化领域，并展示出了巨大的潜力. 目前，纳米材料已经被作为核酸载体应用于烟草、棉花、水稻等植物［5］. 本文介绍了两种最常用的传统遗传转化方法以及纳米材料介导的基因传递系统的研究现状，并且讨论了不同种类纳米材料在介导植物基因传递方面的特点和优势.1 常用的植物遗传转化手段1.1 农杆菌介导法农杆菌侵染植物后，借助毒力蛋白将T-DNA插入植物细胞中. 毒力蛋白协助T-DNA从农杆菌转运至植物细胞壁和质膜，并促进T-DNA整合到植物核基因组中，从而实现遗传转化. 1977年，CHILTON等［6］首次利用农杆菌介导法实现了质粒DNA（plasmids DNA，pDNA）向植物细胞中的有效递送. 自此以后，农杆菌介导的植物遗传转化得到了迅速发展，目前已广泛应用于多种双子叶植物，如大豆［7］、棉花［8］、番茄［9］和烟草［10］等. 农杆菌介导的遗传转化依赖于化学物质诱导，如植物受伤后释放的酚类物质乙酰丁香酮和α酰羟基乙酰丁香酮［11］，能够诱导农杆菌吸附在植物伤口处，从而使农杆菌T-DNA发生转移，实现基因转化. 由于这些酚类物质通常不存在于单子叶植物，导致农杆菌介导的遗传转化应用范围受到限制，遗传转化效率很低. 1984年，HERNALSTEENS等［12］首次利用农杆菌成功实现了单子叶植物石刁柏的遗传转化，为实现农杆菌介导的单子叶植物遗传转化提供了可能性. 近年来，农杆菌介导的转化已经被成功应用于少部分农作物，如水稻［13］、小麦［14］和玉米［15］.农杆菌介导法是目前研究最为成熟、应用最为广泛的植物遗传转化方法. 其优势在于操作相对简单，重复性高且成本较低. 然而，该方法也存在一些明显的缺陷：（1）由于农杆菌的侵染特点，大多数单子叶植物都不会自然地被农杆菌所侵染；（2）单子叶植物的转化效率远低于双子叶植物；（3）由于农杆菌侵染后，外源DNA被随机整合到植物基因组中，很可能导致植物出现不理想的农艺性状.1.2 基因枪法1987年，KILEIN等［16］首次开发了biolistic技术，即基因枪技术，也称为粒子轰击技术，并首次使用该技术将携带DNA的钨颗粒轰击进入洋葱表皮细胞，成功转化了洋葱表皮细胞［17］. 随着研究人员对物理参数、环境和生物条件的优化，改进后的基因枪法能够转化不同的受体材料，包括原生质体［18］、愈伤组织［19］、花粉［20］等. 与农杆菌介导法相比，基因枪法较少受到植物种属的限制，适用范围更广，如CAIMI等［21］成功将解淀粉芽孢杆菌的SacB基因转入单子叶植物玉米，促进了具有较高经济价值的果聚糖合成，显示出了该方法在农作物育种改良中的应用潜力. 基于其受体植物物种的多样性，操作简便以及可以转化高达150 kb分子量的DNA等优点，基因枪法在植物基因工程中得到了广泛的发展. 然而基因枪法也存在局限性：一方面粒子轰击系统所使用的设备及材料（如金颗粒和基因枪等）较为昂贵，增加了遗传转化的成本；另一方面，粒子轰击容易对植物造成损伤，导致其转化效率降低，以及转化后的DNA片段容易发生断裂，进一步限制了转化的成功率.2 纳米材料介导的植物遗传转化与传统的植物遗传转化方法相比，纳米材料介导的基因递送策略具有多种优势，例如细胞毒性较低、操作简单和不受物种限制且能同时递送多种生物分子等. 此外，纳米材料还具有易于设计和改性的独特优势，例如，纳米材料可经过表面修饰后，实现针对特定植物细胞器（叶绿体［22］和线粒体［23］）的靶向递送. 目前，已有多种纳米材料被报道应用于植物体内的基因表达调控，主要包括碳基、纳米金、层状双氢氧化物（LDH）和肽载体等纳米材料.2.1 碳基纳米材料在植物中遗传转化的应用碳基纳米材料因具有出色的光学性能、良好的生物相容性、丰富的表面官能团等优点，被广泛应用于电子、传感、纳米医学等各个领域. 碳纳米管、碳点、石墨烯和氧化石墨烯等是碳基纳米材料家族的主要成员. 已有大量研究聚焦于碳基纳米材料与哺乳动物之间的相互作用，然而将其应用于植物基因递送的研究目前仍处于起步阶段，其作为植物遗传转化中的基因递送载体的效率和相关机制仍在探索中.2.1.1 碳点碳点是直径小于10 nm的零维碳纳米材料，因其优异的光学性能，良好的生物相容性而被广泛应用于生物医学、光催化等领域. 近年来，碳点在植物方面的研究主要聚焦于其对于植物生长、发育［24］、光合作用［25］和抵抗生物胁迫［26］的影响等. 碳点的小粒径和表面丰富的官能团为其负载核酸，穿过细胞壁提供了可能性，因此研究人员尝试将碳点应用于植物核酸递送中. 碳点通常因表面帶羟基或羧基而呈负电荷，WANG等［27］将聚乙烯亚胺（PEI）引入碳点表面，使其带正电荷，并通过静电吸附携带pDNA，在水稻、小麦、绿豆等多种植物中实现了基因递送和功能的表达，成功诱导水稻叶片组织产生了潮霉素抗性，如图1（a）所示. SCHWARTZ等［28］使用PEI作为碳源，通过溶剂热反应合成了用于吸附siRNA（小干扰RNA，small interfering RNA）的水溶性碳点，该纳米复合物进一步与非离子型表面活性剂混合制备成制剂，使用低压喷雾方法喷洒至烟草和番茄叶片上，沉默了绿色荧光蛋白（GFP）和内源性基因镁螯合酶H亚基（Magnesium Chelatase H，CHLH，一种叶绿素合成关键酶），如图1（b）所示，成功观察到叶片白化，并通过定量聚合酶链反应证明了相关基因mRNA转录水平的降低，如图1（c）所示.尽管植物遗传转化技术取得了许多突破，但仍远落后于动物基因工程的发展. 植物细胞的细胞壁由纤维素、半纤维素、果糖和少量结构蛋白构成［1］，参与调节细胞的形状和扩张、控制组织凝聚以及抵御微生物或病原体等生理功能［2］，细胞壁的存在使外源物质难以进入细胞内部，仅允许小粒径的生物分子通过，极大程度地阻碍了外源基因载体进入植物细胞内部发挥功能. 因此，许多现有的基因转导技术很难被应用于植物遗传转化［3］.20世纪末，随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因其尺寸小、比表面积大、生物兼容性较好等优点被广泛用作基因载体应用于生物医学领域［4］. 近年来，研究者们尝试将纳米材料应用于植物遗传转化领域，并展示出了巨大的潜力. 目前，纳米材料已经被作为核酸载体应用于烟草、棉花、水稻等植物［5］. 本文介绍了两种最常用的传统遗传转化方法以及纳米材料介导的基因传递系统的研究现状，并且讨论了不同种类纳米材料在介导植物基因传递方面的特点和优势.1 常用的植物遗传转化手段1.1 农杆菌介导法农杆菌侵染植物后，借助毒力蛋白将T-DNA插入植物细胞中. 毒力蛋白协助T-DNA从农杆菌转运至植物细胞壁和质膜，并促进T-DNA整合到植物核基因组中，从而实现遗传转化. 1977年，CHILTON等［6］首次利用农杆菌介导法实现了质粒DNA（plasmids DNA，pDNA）向植物细胞中的有效递送. 自此以后，农杆菌介导的植物遗传转化得到了迅速发展，目前已广泛应用于多种双子叶植物，如大豆［7］、棉花［8］、番茄［9］和烟草［10］等. 农杆菌介导的遗传转化依赖于化学物质诱导，如植物受伤后释放的酚类物质乙酰丁香酮和α酰羟基乙酰丁香酮［11］，能够诱导农杆菌吸附在植物伤口处，从而使农杆菌T-DNA发生转移，实现基因转化. 由于这些酚类物质通常不存在于单子叶植物，导致农杆菌介导的遗传转化应用范围受到限制，遗传转化效率很低. 1984年，HERNALSTEENS等［12］首次利用农杆菌成功实现了单子叶植物石刁柏的遗传转化，为实现农杆菌介导的单子叶植物遗传转化提供了可能性. 近年来，农杆菌介导的转化已经被成功应用于少部分农作物，如水稻［13］、小麦［14］和玉米［15］.农杆菌介导法是目前研究最为成熟、应用最为广泛的植物遗传转化方法. 其优势在于操作相对简单，重复性高且成本较低. 然而，该方法也存在一些明显的缺陷：（1）由于农杆菌的侵染特点，大多数单子叶植物都不会自然地被农杆菌所侵染；（2）单子叶植物的转化效率远低于双子叶植物；（3）由于农杆菌侵染后，外源DNA被随机整合到植物基因组中，很可能导致植物出现不理想的农艺性状.1.2 基因枪法1987年，KILEIN等［16］首次开发了biolistic技术，即基因枪技术，也称为粒子轰击技术，并首次使用该技术将携带DNA的钨颗粒轰击进入洋葱表皮细胞，成功转化了洋葱表皮细胞［17］. 随着研究人员对物理参数、环境和生物条件的优化，改进后的基因枪法能够转化不同的受体材料，包括原生质体［18］、愈伤组织［19］、花粉［20］等. 与农杆菌介导法相比，基因枪法较少受到植物种属的限制，适用范围更广，如CAIMI等［21］成功将解淀粉芽孢杆菌的SacB基因转入单子叶植物玉米，促进了具有较高经济价值的果聚糖合成，显示出了该方法在农作物育种改良中的应用潜力. 基于其受体植物物种的多样性，操作简便以及可以转化高达150 kb分子量的DNA等优点，基因枪法在植物基因工程中得到了广泛的发展. 然而基因枪法也存在局限性：一方面粒子轰击系统所使用的设备及材料（如金颗粒和基因枪等）较为昂贵，增加了遗传转化的成本；另一方面，粒子轰击容易对植物造成损伤，导致其转化效率降低，以及转化后的DNA片段容易发生断裂，进一步限制了转化的成功率.2 纳米材料介导的植物遗传转化与传统的植物遗传转化方法相比，纳米材料介导的基因递送策略具有多种优势，例如细胞毒性较低、操作简单和不受物种限制且能同时递送多种生物分子等. 此外，纳米材料还具有易于设计和改性的独特优势，例如，纳米材料可经过表面修饰后，实现针对特定植物细胞器（叶绿体［22］和线粒体［23］）的靶向递送. 目前，已有多种纳米材料被报道应用于植物体内的基因表达调控，主要包括碳基、纳米金、层状双氢氧化物（LDH）和肽载体等纳米材料.2.1 碳基纳米材料在植物中遗传转化的应用碳基纳米材料因具有出色的光学性能、良好的生物相容性、丰富的表面官能团等优点，被广泛应用于电子、传感、纳米医学等各个领域. 碳纳米管、碳点、石墨烯和氧化石墨烯等是碳基纳米材料家族的主要成员. 已有大量研究聚焦于碳基纳米材料与哺乳动物之间的相互作用，然而将其应用于植物基因递送的研究目前仍处于起步阶段，其作为植物遗传转化中的基因遞送载体的效率和相关机制仍在探索中.2.1.1 碳点碳点是直径小于10 nm的零维碳纳米材料，因其优异的光学性能，良好的生物相容性而被广泛应用于生物医学、光催化等领域. 近年来，碳点在植物方面的研究主要聚焦于其对于植物生长、发育［24］、光合作用［25］和抵抗生物胁迫［26］的影响等. 碳点的小粒径和表面丰富的官能团为其负载核酸，穿过细胞壁提供了可能性，因此研究人员尝试将碳点应用于植物核酸递送中. 碳点通常因表面带羟基或羧基而呈负电荷，WANG等［27］将聚乙烯亚胺（PEI）引入碳点表面，使其带正电荷，并通过静电吸附携带pDNA，在水稻、小麦、绿豆等多种植物中实现了基因递送和功能的表达，成功诱导水稻叶片组织产生了潮霉素抗性，如图1（a）所示. SCHWARTZ等［28］使用PEI作为碳源，通过溶剂热反应合成了用于吸附siRNA（小干扰RNA，small interfering RNA）的水溶性碳点，该纳米复合物进一步与非离子型表面活性剂混合制备成制剂，使用低压喷雾方法喷洒至烟草和番茄叶片上，沉默了绿色荧光蛋白（GFP）和内源性基因镁螯合酶H亚基（Magnesium Chelatase H，CHLH，一种叶绿素合成关键酶），如图1（b）所示，成功观察到叶片白化，并通过定量聚合酶链反应证明了相关基因mRNA转录水平的降低，如图1（c）所示.尽管植物遗传转化技术取得了许多突破，但仍远落后于动物基因工程的发展. 植物细胞的细胞壁由纤维素、半纤维素、果糖和少量结构蛋白构成［1］，参与调节细胞的形状和扩张、控制组织凝聚以及抵御微生物或病原体等生理功能［2］，细胞壁的存在使外源物质难以进入细胞内部，仅允许小粒径的生物分子通过，极大程度地阻碍了外源基因载体进入植物细胞内部发挥功能. 因此，许多现有的基因转导技术很难被应用于植物遗传转化［3］.20世纪末，随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因其尺寸小、比表面积大、生物兼容性较好等优点被广泛用作基因载体应用于生物医学领域［4］. 近年来，研究者们尝试将纳米材料应用于植物遗传转化领域，并展示出了巨大的潜力. 目前，纳米材料已经被作为核酸载体应用于烟草、棉花、水稻等植物［5］. 本文介绍了两种最常用的传统遗传转化方法以及纳米材料介导的基因传递系统的研究现状，并且讨论了不同种类纳米材料在介导植物基因传递方面的特点和优势.1 常用的植物遗传转化手段1.1 農杆菌介导法农杆菌侵染植物后，借助毒力蛋白将T-DNA插入植物细胞中. 毒力蛋白协助T-DNA从农杆菌转运至植物细胞壁和质膜，并促进T-DNA整合到植物核基因组中，从而实现遗传转化. 1977年，CHILTON等［6］首次利用农杆菌介导法实现了质粒DNA（plasmids DNA，。
木本植物遗传转化研究进展
第41卷第2期 河 南 林 业 科 技 Vol. 41 No. 2 2021年6月 Journal of Henan Forestry Science and Technology Jun. 2021收稿日期：2021-03-26基金项目：河南省基本科研业务费，项目编号：2020JB01003 作者简介：徐赛赛（1996-），男，河南永城，硕士，研究方向为林木生物技术。
通信作者：翟晓巧（1971-），女，河南宜阳，研究员，研究方向为森林培育。
木本植物遗传转化研究进展徐赛赛1，翟晓巧2*（1.河南农业大学泡桐研究所，郑州 450002；2.河南省林业科学研究院，郑州 450008）摘 要：遗传转化技术已经广泛应用于多种木本植物的生物学研究，但是该技术在应用过程中还存在转化体系不成熟、安全评价体系有待完善等问题。
对遗传转化技术在木本植物中的研究现状进行阐述，探讨了影响木本植物转化效率的关键因素以及当前提高转基因植物安全性的有效措施，为促进提升木本植物优良性状研究和遗传转化技术在木本植物中的应用提供参考。
关键词：木本植物；遗传转化；目的基因；性状改良中图分类号：S 722.5 文献标志码：B 文章编号：1003-2630（2021）02-0010-04Advances of Genetic Transformation in Woody PlantsXu Saisai 1, Zhai Xiaoqiao 2*(1.Institute of Paulownia, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China;2.Henan Academy of forestry, Zhengzhou 450008, China)Abstract : Genetic transformation technology has been widely used in biological research of many woody plants, but there are still some problems in the processes of application, such as incomplete transformation system, as well as the safety evaluation system needs to be improved. In this study, we describes and discusses the current research status of genetic transformation technology in woody plants, the key factors affecting the conversion efficiency, and the effective measures to improve the safety of transgenic plants. Our study provides a reference for promoting the improved excellent traits of woody plants and the application of genetic transformation technology.Key words : Woody plants; Genetic transformation; The purpose gene; Strain improvement木本植物具有提供能源、建筑材料、食物等经济价值和提供储存碳、承载生物多样性和调节气候等生态价值，在自然界具有不可替代的作用[1]。
叶绿体遗传转化系统及其应用进展
叶绿体遗传转化系统及其应用进展引言：叶绿体是植物细胞中的一种重要细胞器，它在植物的光合作用中起着至关重要的作用。
叶绿体内含有自己的独立基因组，称为叶绿体基因组，与细胞核基因组合作编码控制植物的生长和发育。
在过去的几十年中，科学家们通过基因工程技术，成功地开发出了叶绿体遗传转化系统，这一系统在植物遗传改良、药物生产和生物能源领域中有着广泛的应用前景。
本文将针对叶绿体遗传转化系统及其应用进展进行深入探讨。
一、叶绿体遗传转化系统的基本原理叶绿体遗传转化是指将外源基因导入到植物叶绿体基因组中，使其表达并产生相应的功能蛋白质。
叶绿体遗传转化的基本原理是利用叶绿体自身的自主复制和表达机制，将外源基因整合到叶绿体基因组中，并使其在叶绿体内表达。
在进行叶绿体遗传转化时，常用的手段包括质粒介导转化、基因枪转化和准叶绿体载体介导转化等。
1.1 质粒介导转化质粒介导转化是指将植物叶绿体基因组的片段构建到质粒载体中，然后通过介导元件将质粒导入目标植物细胞中，利用细胞内自主复制和表达机制使其整合到叶绿体基因组中。
质粒介导转化是叶绿体遗传转化的最早方法之一，其优点是操作简便，适用范围广泛，但也存在转化效率低、选择压强等问题。
1.2 基因枪转化基因枪转化是利用高压气体或金属微粒等物理手段将外源DNA导入到植物叶绿体中，并使其整合到叶绿体基因组中。
基因枪转化在叶绿体遗传转化中具有较高的转化效率和广泛的适用性，但也存在叶绿体损伤、转化杂质及基因组随机整合等问题。
上述三种叶绿体遗传转化方法各有优缺点，其在实际应用中可以根据具体的研究目的和条件进行选择。
二、叶绿体遗传转化系统在植物遗传改良中的应用叶绿体遗传转化系统在植物遗传改良中具有广泛的应用前景，可以通过引入外源基因来改良作物的抗逆性、产量和品质等性状。
通过叶绿体遗传转化可以向植物导入耐盐碱、抗病虫、耐干旱等特定基因，提高植物对环境胁迫的适应能力，增加作物产量和品质，进而改良作物品种。
玉米遗传转化体系的研究进展
玉米遗传转化体系的研究进展摘要：植物遗传转化是指以植物器官、组织、细胞或原生质体作为受体,通过某种技术或途径转入外源基因,获得使外源基因稳定表达的可育植株。
玉米作为世界上主要三大粮食作物之一, 是现代食品工业、医药工业和化学工业的重要原料,在世界经济乃至人类生存方面占据肴举足轻重的地位，所以它的遗传转化研究一直受到各国科学家的重视，至今对玉米遗传转化的研究已经取得了一些成绩，本文主要针对近年来玉米遗传转化技术所取得的重要进展进行论述。
主要包括玉米转化受体系统、转化方法及其优点与存在的问题以及对未来的展望等几方面论述玉米遗传转化的研究进展。
关键词：玉米；受体系统；遗传转化方法0 前言近年来，随着环境着人口、资源、环境三者之间矛盾的加剧，转基因作物渐渐地进入人们的视野并且显得极为重要。
玉米是重要的粮食、饲料，同时还是制药、淀粉、糖浆、油料、酒精工业的主要原料，在我国经济生产中占有非常重要的地位。
所以玉米遗传转化的研究备受各国科学家的重视。
自1988年Rhode s等首次获得玉米转基因完整植株以来，玉米遗传转化技术得到了较大的发展[1]。
不但许多有价值的基因转入玉米，而且转基因方法也出现了多样化，如基因枪法、农杆菌介导法、花粉管通道法等。
随着转基因技术的发展与完善，更多的优良外源基因将被用于玉米的遗传改良，并且为阐述单子叶植物基因表达调控机理提供了新方法。
1玉米遗传转化受体系统的研究1．1玉米基因转化受体体系应具备的条件是：1 高效稳定的再生能力：用于植物基因转化的外植体必须易于再生，有很高的再生频率，并且具有稳定性和重复性。
根据贾士荣等报道认为，用于基因转化的受体系统应具有80%-90%以上的再生频率，并且每块外植体上必须再生丛生芽，其芽数量越多越好，这样才有可能获得较高频率转化。
向日葵遗传转化研究进展
写一篇向日葵遗传转化研究进展的报告，800字
报告标题：向日葵遗传转化研究进展
本报告旨在回顾过去几十年来向日葵遗传转化研究的进展。
首先，在1980年代，科学家们开发了多种技术来进行向日葵基
因转录和修饰，探索其基因特性。
随着基因剪切、重组技术和核酸干扰等技术的发展，研究者们可以分析和修改向日葵的基因组，使该植物适应不同的环境和光作用，并增加其快速繁殖的能力。
此外，2007年，科学家们使用了细胞融合技术来将向日葵的
全基因组特征传递给其他向日葵种子，以改变其表型和生长特性。
这一技术大大提高了对向日葵基因组的控制精度，也催生了基因再编程技术。
之后，数字PCR技术也被开发出来，使
得科学家们得以快速、便捷地进行基因表达分析，进而提高向日葵品种的品质和生产能力。
另外，近年来，向日葵基因组编辑技术也得到了大大的改进。
由于定向基因编辑工具的出现，基因编辑可以定向地改变向日葵植物的特定位点，从而改变其表型特征，大大提高了向日葵植物的育种效率。
总之，随着向日葵基因工程技术的发展，科学家们能够大大提高向日葵植物育种的精确度并大大改善其质量。
向日葵的基因转录和基因编辑技术的发展，不仅减少了育种要求的环境介质，而且也为育种精准地控制基因提供了新的技术手段。
未来，向
日葵遗传转化研究仍将努力，提高植物的产量和品质，为世界提供更多的食物资源。
茶树遗传转化体系研究进展
茶树遗传转化体系研究进展茶树（Camellia sinensis）是重要的经济作物之一，也是全球茶叶生产的主要来源。
茶树的遗传转化研究旨在通过改变其遗传背景来增加农艺性状、抗逆性及抗病性等方面的优势。
1. 转基因茶树的构建：研究人员通过使用不同的遗传工程方法，包括植物农杆菌介导的基因转移、生殖细胞基因转移等，成功构建了多种转基因茶树品种。
这些转基因茶树品种通过引入外源基因来改善其抗病性、抗虫性、抗逆性等性状。
2. 功能基因组学的研究：功能基因组学通过对茶树全基因组的系统分析，揭示了不同基因在茶树生长发育和代谢调控中的作用。
研究人员利用这些信息，通过基因编辑技术和基因沉默技术，成功改良了茶树的一些重要农艺性状，例如苦味物质含量的降低和儿茶素含量的增加等。
3. 遗传转化对茶叶品质的影响：茶叶品质是决定茶叶市场竞争力的重要因素之一。
研究人员通过遗传转化技术，成功改良了茶树品种的茶叶营养成分和风味物质含量，提高了茶叶的品质。
遗传转化还可以减少有害物质的积累，提高茶叶的安全性。
4. 抗性基因的引入：抗病性是茶树良种选育中的一个重要性状。
研究人员通过遗传转化技术，成功引入一些抗病性基因，如水稻中的抗纹枯病基因、拟南芥中的抗白粉病基因等，提高了茶树对病原菌的抗性。
茶树遗传转化体系的研究仍然面临一些挑战。
茶树的遗传转化效率较低，需要经过大量时间和精力的优化和改良。
尽管已经成功构建了一些转基因茶树品种，但目前仍缺乏大规模应用和推广的案例。
转基因茶树的安全性和环境影响等问题也需要进一步研究和评估。
茶树遗传转化体系的研究已取得了一定的进展，为茶树的品质改良和抗病育种提供了新的思路和方法。
未来的研究应进一步提高遗传转化效率，加强对转基因茶树品种的评估，并探索其他遗传改良方法的应用，以推动茶树的高效育种和产业发展。
植物转化受体研究进展
植物转化受体研究进展摘要为了给植物组织培养技术的建立提供理论依据，推动植物快速繁殖和品种遗传改良，介绍不同转化受体系统特点及其在生产实践中的应用。
主要讨论愈伤组织、原生质体、游离小孢子作为受体系统在植物组织培养、育种和转基因等方面的作用。
关键词愈伤组织；原生质体；小孢子；受体中图分类号 q945 文献标识码 a 文章编号 1007-5739（2013）06-0011-01植物组织培养既是植物遗传工程的基础和关键环节之一，也是一种实用性极强的高实验技术。
在植物遗传转化试验中，转化后受体的组织培养能否成功，是获得转基因植株的关键。
选择不同的受体就必须采用不同的组织培养技术，该文选取愈伤组织、原生质体、游离小孢子作为植物转化受体，对其各自特点及应用进行综述，以为其植物组织培养技术的建立提供理论依据。
1 愈伤组织受体愈伤组织的产生是由分化细胞脱分化形成的分生细胞分裂所致，其由分生细胞、薄壁细胞构成[1]，二者均可以作转化受体。
1.1 受体愈伤组织材料的选择为成功获得转基因植株，受体愈伤组织要能分化出小植株，分苗能力较强。
江丽丽等[2]利用根组织为外植体成功建立了天山雪莲植株的再生体系。
吴志萍等[3]采用花药为外植体研究愈伤组织以及不定芽的形成。
许慧敏等[4]等利用节间、叶盘和腋芽为外植体建立了啤酒花再生体系。
在愈伤组织的培养过程中，同一时间取不同的材料，或不同时间取相似的材料，培养出的愈伤组织类型有差异。
如猕猴桃，茎段产生的愈伤组织分为4种类型，其中绿色质紧的愈伤组织块分化出小植株的能力最强[5]。
1.2 共培与筛选过程中的培养共培是在共培液中同时培养工程菌、愈伤组织受体，保证工程菌在愈伤组织块细胞表面附着，从而使基因转移。
共培实现转化、获得有活性且能分化出苗的愈伤组织块与工程菌浓度、类型有关，而且与共培时间有重要关系。
如为了获得高活性与能分苗的愈伤组织块，仅进行短时间共培，则无法完成转化。
若采用长时液态共培，由于工程菌的过量附着与渗透压不平衡使组织过度损伤，共培后愈伤组织活性与分化出苗能力会显著下降[6]。
茶树遗传转化体系研究进展
茶树遗传转化体系研究进展茶树（Camellia sinensis）是一种重要的经济作物，被广泛应用于食品、饮料和药品等领域。
茶叶中含有丰富的各类营养物质，具有抗氧化、抗肿瘤、降血脂、保护心血管等多种保健功效。
为了提高茶树的栽培品质和抗逆能力，研究人员一直致力于茶树的遗传转化体系研究。
本文对茶树遗传转化体系的研究进展进行综述。
茶树遗传转化体系的建立可以通过不同的途径进行，包括植物体外遗传转化和植物体内遗传转化等。
植物体外遗传转化主要通过组织培养和基因枪等技术将外源基因导入茶树细胞，再通过选择、培养和再生等步骤获得转化苗；植物体内遗传转化则是通过农杆菌介导的转化和叶盘法等技术将外源基因导入到茶树体内，再通过选择、培养和再生等步骤获得转化苗。
茶树遗传转化体系的研究主要集中在以下几个方面：基因导入的方法、适宜的基因载体、转基因植株的鉴定、基因的表达及功能分析、与农艺性状相关基因的导入等。
目前，茶树遗传转化主要采用农杆菌介导的转化方法，这是一种广泛应用于植物遗传改良的方法。
在农杆菌介导的转化方法中，农杆菌将外源基因导入到茶树体细胞中，并在茶树体细胞中被整合到茶树基因组中。
通过选择、培养和再生等步骤，可以得到转化苗。
在茶树遗传转化体系的研究中，选择合适的基因载体也是一个关键因素。
常见的基因载体包括农杆菌二元载体和双载体系统等。
农杆菌二元载体是目前应用较为广泛的基因载体，它由两个质粒构成，一个质粒携带外源基因，另一个质粒携带选择标记基因。
通过辅助质粒和真核选择载体之间的复制和互作，可以获得选择标记基因与外源基因共同表达的转基因植株。
茶树遗传转化体系的研究还涉及到转基因植株的鉴定和分析。
通过PCR、南方杂交、Northern印迹等技术，可以确定茶树是否成功地导入了外源基因。
利用RT-PCR、Western印迹、酶活性测定等技术，可以进一步分析转基因植株中外源基因的表达与功能。
茶树遗传转化体系的研究还涉及到提高茶树的品质和抗逆能力。
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植物遗传转化研究进展
一、植物遗传转化技术的发展
目前，基因枪法是最常用的植物遗传转化技术之一、该方法通过将特
定基因或外源DNA片段载入微粒或金属微粒表面，并利用高能量加速器，
将其“枪射”入植物细胞中。
这种方法具有转化效率高、转基因植物种类
广等优点。
另一个常用的植物遗传转化技术是农杆菌介导的转化法。
该方法通过
注射农杆菌悬浮液进入植物受体细胞中，利用特定的农杆菌转移DNA到植
物基因组中。
农杆菌介导的转化法具有转化效率高、适用范围广的特点。
二、植物遗传转化应用领域
在农业领域，植物遗传转化技术可以用于改良作物的抗性能力，提高
作物产量和品质，并改善作物的耐盐碱、耐旱、抗虫等性状。
例如，通过
转入抗虫基因，可以使作物具备抵抗虫害的能力，从而减少农药的使用，
达到生态环境保护的目的。
同时，植物遗传转化技术也可以用于改良作物
的适应能力，使其能够在恶劣环境下存活和生长。
在医药领域，植物遗传转化技术可以用于生产重要药物和疫苗。
通过
将相关基因导入植物中，利用植物生长发育的能力，可以大量生产特定蛋
白质，从而制取药物和疫苗。
这种方法不仅生产成本低，还减少了对动物
的依赖，有利于提高疫苗的安全性。
在环境领域，植物遗传转化技术可以用于修复受到污染的土壤和水体。
通过将相关基因导入植物中，使其能够吸收和转化毒性物质，从而达到治
理污染的目的。
这种方法被广泛应用于石油污染地区、重金属污染地区等。
三、植物遗传转化的研究进展
随着植物遗传转化技术的发展，人们不断探索新的方法和途径，以提高转化效率和稳定性。
此外，人们也在探索非转基因的植物遗传改良方法。
在非转基因改良中，人们通过引入RNA干扰技术、微量RNA技术等方法，通过调控内源基因的表达来改变植物的性状。
这种方法避免了外源基因的导入，从而减少了对转基因植物的争议。
总的来说，植物遗传转化技术在农业、医药和环境等领域有着广泛的应用和研究。
随着科学技术的不断进步，植物遗传转化技术将为人类创造更多的可能性和机会。