转基因水稻研究的现状与展望

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4 转基因抗除草剂水稻
4.2 转EPSPS基因水稻抗草甘膦(Glyphosate）除草剂
Leabharlann Baidu
第三个研究小组：美国康乃尔大学学的Zhang等以水稻原生质体为 材料，利用PEG 介导法获得了水稻再生植株
Zhang W, Wu R. Efficient regeneration of transgenic plants from rice protoplasts and correctly regulated expression of the foreign gene in the plants. Theor Appl Genet, 1988, 76: 835—840
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1. 初期症状 2. 茎和叶鞘症状及菌核 水稻纹枯病 LOGO
3-5. 叶部症状
6. 穗部症状
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对草丁膦抗性 的转基因水稻
对草甘膦抗性 的转基因水稻
4 转基因抗 除草剂水稻 研究
对阿特拉津 、西玛 津 、异丙甲草胺抗 性的转基因水稻
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4 转基因抗除草剂水稻
4.1转Bar基因水稻抗草丁膦(phosphinothricin, PPT)除草剂
对草丁膦(phosphinothricin, PPT) 抗性的转基因水稻 来自吸水链霉菌 (Streptomyces hygroscopicus)的bar基因是转基因抗除草剂水稻用得最早，也是最
常用的一个抗除草剂基因。导入bar基因（Bar基因编码PPT乙酰转移酶, 因而可
以解除PPT的活性）可以使转基因植物特异性地获得对草丁膦的抗性。目前， 转Bar基因水稻抗草丁膦(phosphinothricin, PPT)除草剂的报道较多（Oard 等， 1996；吴发强等，2006；富昊伟等，2001；于恒秀等，2008）
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2006年Hiei等对籼稻的转化体系进行了一些优化, 使得籼稻的 转化效率得到了一定的提高。
Hiei Y, Komari T. Improved protocols for transformation of indica rice mediated by Agrobacterium tumefaciens. Plant Cell Tissue Organ Cult, 2006, 85: 271—283
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Diagram 2 转基因抗虫水稻研究
除了植物凝集素基因外， 蛋白酶抑制剂基因是另一大类常用 的植物来源抗虫蛋白。目前已导入水稻的蛋白酶抑制剂基因有
马铃薯蛋白酶抑制剂基因pin Ⅱ （丁玉梅等，2003）、大豆胰
蛋白酶抑制剂基因SKTI（Lee等，1999）、大麦胰蛋白酶抑制 剂基因BTI-Cme （Alfonso等，2003）。这些转基因植株对褐 飞虱、二化螟、稻纵卷叶螟以及线虫等有一定抗性。
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cry1Ab/Ac
1Ab/2A
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Diagram 2 转基因抗虫水稻研究
2.2 转植物来源抗虫基因水稻研究 植物来源的抗虫基因主要有植物凝集素基因和蛋白酶抑制剂基因等。其 中雪花莲凝集素基因(GNA）是使用较为广泛的基因。Maqbool 等（2001）、 Foissac 等（2002）、Nagadhara 等（2004）、Nagadhara 等（2004）将 GNA 基因转入到水稻中, 获得了纯合的转基因水稻家系。该转基因纯合家系 可以显著降低稻飞虱的存活率和繁殖力、延缓稻飞虱发育进度并减少稻飞虱 进食量
2008年Hiei 等发表了一个粳稻和籼稻均适用的农杆菌高效转化 的方法。根据他们的结果, 采用幼胚作为外植体, 籼稻的转化可 以在两个半月内完成, 且转化效率非常高(一个幼胚可以得到 5~13 个独立的转化植株)。该转化体系的主要缺点是对于籼稻 品种必须以幼胚为受体材料，而幼胚的采集和分离比较麻烦, 且 受生长季节的限制.
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第一个研究小组：日本东北大学的Toriyama 等以水稻原生质体为 材料，利用电击法获得了水稻再生植株
Toriyama K, Arimotoa Y, Uchimiyaa H, et al. Transgenic rice plants after direct gene transfer into protoplasts. Nature Biotechnology, 1988,6: 1072—1074
转基因水稻的现状与未来
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方向：
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主要内容
1 2 3
水稻遗传转化的现状 转基因抗虫水稻研究
转基因抗病水稻研究
4
5
转基因抗除草剂水稻研究
展望
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1 水稻遗传转化的现状
20世纪80年代末, 水稻的遗传转化首获成功 1988年, 3个不同的研究小组以水稻原生质体为受体,采用 “电击法”或“PEG 介导法”等方法将外源基因导入到水稻 中并获得再生植株
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3 转基因抗病水稻的研究
3.2 转基因抗水稻稻瘟病的研究
稻瘟病由稻瘟病菌(Magnapothe grisea)引起，可发生在水稻 的各生育期和各个部位。2003年彭昊等将Pib基因转入粳稻品种日 木晴，发现该转基因水稻对稻瘟病具有良好抗性。2010年陈德西 将Pi-d2基因转入水稻，发现其对稻瘟病有很好的抗性
1994年日本的Hiei等以水稻成熟种子诱导的愈伤为受体, 建立了农 杆菌介导的粳稻高效转化体系, 使得农杆菌介导法逐渐成为了水稻 转化最常用的方法. 此后, 粳稻的转化方法被进一步优化, 使粳稻 的遗传转化周期大幅缩短。
Hiei Y, Ohta S, Komari T, et al. Efficient transformation of rice (Oryza sativa L.) mediated by Agrobacterium and sequence analysis of the boundaries of the T-DNA. Plant J, 1994, 6: 271— 282 LOGO
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水稻稻
瘟病
1-2. 急性型 LOGO
3.慢性型（中期） 4.慢性型（后期） 5.白点型
6.褐点型
3 转基因抗病水稻的研究
3.3水稻纹枯病
纹枯病由纹枯病菌(Rhizoctonia solani)引起。水稻纹枯病可 造成水稻白穗, 结实率下降, 粒重减轻， 一般减产10%—30%, 发生严重时可减产50%以上。2003年汉城国立大学的Kim等将 核糖体失活蛋白基因(RIP)转入水稻发现可以增强水稻对纹 枯病的抗性。2009年中山大学生物工程中心袁红旭等将几丁 质酶基因转入水稻发现：转入几丁质酶基因的水稻对纹枯病 的抗性显著高于非转基因的。
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1993 年, 台湾中央研究院生物农业研究所的Chan 等人首先采 用农杆菌介导的方法获得了转基因水稻。
Chan M T, Chang H H, Ho S L, et al. Agrobacterium -mediated production of transgenic rice plants expressing a chimeric alpha-amylase promoter/beta-glucuronidase gene. Plant Mol Biol, 1993, 22: 491—506
分类关系图表
2 转基因抗虫水稻研究
转Bt 基因抗 虫水稻 LOGO
转植物来源抗 虫基因水稻
转动物来源的 抗虫基因水稻
Diagram 2 转基因抗虫水稻研究
2.1 转Bt 基因抗虫水稻研究
来自于苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis, Bt)的Bt毒蛋白基因是目前世界上应用 最为广泛的抗虫基因之一。 曾千春等（2002）将cry1Ac 基因导入籼稻明恢81 获得抗 虫纯合系 ，Tu等（2000）将 cry1Ab/Ac融合基因水稻进行了大规模的田间实验. 在大 田种植全生育期不喷施杀虫剂的条件下，发现转cry1Ab/Ac的水稻 二化螟、三化螟和 稻纵卷叶螟高度的杀虫活性。Ghareyazie （2009）将cry1Ab/2A基因转化水稻发现其 转基因的水稻对二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟高度的杀虫活性。 曾千春, 吴茜, 周开达, 等. 修饰的cry1Ac 基因导入籼稻明恢81 获得抗虫纯合系. 遗传学 报, 2002, 29: 519—524 Tu J, Zhang G, Datta K, et al. Field performance of transgenic elite commercial hybrid rice expressing bacillus thuringiensis delta-endotoxin. Nat Biotechnol, 2000, 18: 1101—1104 Ghareyazie B, Alinia F, Menguito C A, et al. Enhanced resistance to two stem borers in an aromatic rice containing a synthetic cryIA(b) gene. Mol Breed, 2009, 3: 401—414
第二个研究小组：英国诺丁汉大学的Zhang 等以水稻原生质体为 材料，利用电击法获得了水稻再生植株
Zhang H M, Yang H, Rech E L. Transgenic rice plants produced by electroporation-mediated plasmid uptake into protoplasts. Plant Cell Rep, 1988, 7: 379—384
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Diagram 2 转基因抗虫水稻研究
2.3转动物来源的抗虫基因水稻研究 动物来源的抗虫基因在转基因植物中应用的不多，2001年黄 建秋等将蜘蛛来源的杀虫基因SpI 转入水稻品种秀水11 和春江 11 中，发现转基因植株对二化螟、稻纵卷叶螟具有抗虫性。
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分类关系图表
3 转基因抗病水稻研究
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Diagram 1 水稻遗传转化的现状
1991年, Christou等使用基因枪转化的方法在水稻中获得成功，随后 成为水稻遗传转化的常用方法之一
Christou P, Ford T, Kofron M. Production of transgenic Rice (Oryza Sativa L.) plants from agronomically important indica and japonica varieties via electric discharge particle acceleration of exogenous DNA into immature zygotic embryos. Nature Biotechnology, 1991,9: 957—962
抗白叶枯病
抗稻瘟病
抗纹枯病
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Diagram 3 转基因抗病水稻的研究
3.1转基因抗水稻白叶枯病的研究
水稻白叶枯病由白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv. Oryzae， Xoo)引起，是世界水稻生产中最严重的细菌性病害。 水稻遭受 白叶枯病危害后, 一般减产20%~30%，严重时甚至绝收。 1998年张世平等将广谱抗白叶枯病主效基因Xa21转入到水稻 中获得了抗白叶枯病菌水稻。翟文学等(2000)用农杆菌介导法将 Xa21转入栽培稻包括生产上大面积推广的杂交稻恢复系MH63 中，所有这些转基因植株都表现出Xa21的抗性。2008年吴家道 等利用基因枪的方法将Xa21 转入到籼稻恢复系明恢63 和保持 系皖B 中获得了无选择标记的转基因抗白叶枯病水稻, 其所配的 杂交组合对白叶枯病的抗性也显著增强了.
Hiei Y, Komari T. Agrobacterium -mediated transformation of rice using immature embryos or calli induced from mature seed. Nat Protoc, 2008, 3: 824—834 LOGO