花卉基因工程研究进展_吴晓梅
基因工程在观赏植物花色育种中的应用专家论文
建议开展更为系统和全面的观赏植物花色遗传改 良研究，包括不同花色类型、不同基因型的花卉 材料等。
同时，应加强基因工程在观赏植物其他性状改良 方面的研究与应用，如抗逆性、抗病虫害等方面 ，以推动观赏植物育种事业的全面发展。
THANKS
基因工程在观赏植物花色育种中的发展趋势
未来基因工程在观赏植物花色育 种中将更加注重基础研究，探索 花色的形成机制和调控原理。
转基因技术将进一步发展，出现 更加高效、精准的基因编辑技术 ，为花色育种提供更为可靠的技
术手段。
基因工程与常规育种将更加紧密 结合，形成优势互补，提高育种 效率和品质，推动花卉产业的持
花色多样性对观赏 植物的重要性
国内外研究进展
国内外专家学者在基因工程和 观赏植物花色育种方面的研究
进展
基因工程技术手段的不断创新 和发展
花色修饰相关基因的发现和功 能研究取得一定成果
研究目的与任务
研究目的：利用基因工程技术手段，探讨观赏植物花色 修饰的新途径，培育出具有优良花色性状的新品种，为 观赏植物的遗传改良提供理论和技术支持。 搜集和筛选具有优良花色性状的观赏植物材料
基因工程在菊花花色育种中的应用
总结词
详细描述
多样性创造
菊花是一种具有高度多样性的观赏植物，基 因工程技术在菊花花色育种中的应用也取得 了很大的进展。通过转基因技术，科学家们 成功地创造了各种颜色的菊花，例如红色、 粉色、黄色、白色等。此外，基因工程还被 用于改善菊花的花期、增加花朵的大小和形
状，以及提高菊花的抗逆性。
通过基因工程技术手段，结合传统育种方法，创制具有 优良花色性状的新品种
研究任务 鉴定和克隆与花色相关的关键基因 验证新品种的花色性状及观赏价值，并进行推广应用。
蓝色花形成的基因工程进展与育种策略
蓝色花形成的基因工程进展与育种策略蓝色花卉在园艺中一直备受追捧，其清新淡雅的颜色给人一种宁静和纯净的感觉。
蓝色花卉并不常见，要想培育出纯正的蓝色花卉并非易事。
传统育种方法可能需要很长时间才能达到育种目标，因此基因工程成为了一种新的选择。
基因工程技术的发展为蓝色花卉的育种提供了新的希望和机遇。
本文将从蓝色花形成的基因工程进展和育种策略两个方面展开阐述。
蓝色花色的形成是由花瓣中的花青素所决定的。
花青素分子结构中的结合基团的不同，决定了其在酸性和碱性环境下所表现出的颜色。
蓝色花卉中的花青素主要是花青素苷，它们通常存在于细胞液中的液泡中。
要实现蓝色花色的形成，就需要在花卉中引入相关的基因，来调控花青素的合成和颜色的表现。
目前，基因工程技术已经被应用于一些蓝色花卉的育种中。
比如蓝色康乃馨，研究人员通过转基因技术成功地将紫色康乃馨的花瓣中导致花色变为红色的酶基因进行抑制，使得康乃馨的花瓣颜色由紫色转变为蓝色。
蓝色雏菊和蓝色三色堇也是通过基因工程技术实现的。
研究人员通过导入不同来源的酶基因和调控因子基因，成功地实现了雏菊花瓣的颜色由紫色转变为了蓝色。
这些成功案例表明，基因工程技术在实现蓝色花卉的育种中具有巨大的潜力。
研究人员还通过对一些植物中具有调控花青素合成的基因进行了深入研究，如花青素合酶基因、调控因子基因等，以期望从基因水平上找到更有效的途径和策略来实现蓝色花卉的育种。
通过基因编辑技术，已经成功地对这些关键的基因进行了精准的编辑和调控，为蓝色花卉的育种提供了新的途径和新的策略。
二、蓝色花形成的育种策略除了基因工程技术，传统的育种方法也在不断地探索和尝试，以期望培育出更多的蓝色花卉品种。
在传统育种中，选择具有蓝色花色的花卉进行杂交和选择，是一个比较通用的策略。
通过对植物进行选择性繁殖，以期望从不同的植物品种中获得更多具有蓝色花色的后代。
这种策略虽然比较耗时，但经过长时间的积累和选择，也可以取得一定的成果。
观赏植物花色基因工程研究进展
观赏植物花色基因工程研究进展一、本文概述观赏植物以其丰富的花色、形态和香气等特性，一直是园艺学、植物学和生物学等领域的研究热点。
花色作为观赏植物最直观、最引人注目的特征之一，其形成和调控机制的研究不仅有助于理解植物生长发育的生物学过程，也对观赏植物的育种改良和新品种创制具有重要意义。
近年来，随着基因工程技术的快速发展，花色基因工程已成为观赏植物研究的前沿领域。
本文将对观赏植物花色基因工程的研究进展进行综述，旨在梳理该领域的研究成果，探讨存在的问题和未来的发展趋势，为观赏植物花色基因工程的深入研究提供参考和借鉴。
在本文中，我们将首先介绍观赏植物花色的形成和调控机制，包括花色形成的生物化学途径、相关基因的功能及其调控网络等。
随后，我们将综述花色基因工程在观赏植物中的应用，包括花色基因的克隆与功能鉴定、花色基因的遗传转化与表达调控、花色基因编辑与新品种创制等方面。
我们还将对花色基因工程研究中存在的问题和挑战进行讨论，如基因表达的不稳定性、转基因植物的安全性问题等。
我们将展望花色基因工程的未来发展趋势，探讨新技术和新方法在观赏植物花色改良中的应用前景。
二、花色形成的分子机制花色是观赏植物最引人瞩目的特征之一，其形成过程受到多种基因的调控，这些基因在分子层面上相互作用，共同决定了花瓣的最终色彩。
花色形成的分子机制是一个复杂的生物过程，涉及到一系列基因的表达和调控。
花色形成的基础是花青素等色素的合成与积累。
这些色素的生物合成路径受到多个结构基因和调控基因的共同影响。
结构基因负责编码合成花青素的关键酶，如查尔酮合成酶、查尔酮异构酶等。
而调控基因则通过调节结构基因的表达来影响花青素的合成量，进而调控花色。
在分子层面上，花色形成的调控机制主要包括转录水平调控和转录后水平调控。
转录水平调控主要涉及到转录因子与靶基因启动子区域的结合，从而调控靶基因的表达。
例如，MYB、bHLH和WD40等转录因子家族成员在花色形成中扮演着重要的角色。
我国花卉基因工程育种应用进展
花卉基因工程育种应用进展花卉基因工程育种是指不经过有性过程，克隆含有某些特殊性状的外源基因，运用生物、物理和化学等方法，将克隆基因(DNA)导入受体植物细胞，并通过组织培养培育出具有这些特殊性状的转基因植物。
它包括以下几方面内容：①目的基因分离；②寻找或构建克隆载体；③重组载体导入植物受体细胞，并整合到寄主染色体的基因组上；④使带有重组载体DNA 的植物细胞或组织，再生成形态正常的健康可育的植株；⑤在理想情况下，使这些植物能够通过有性过程，将外源目的基因持续地传给后代。
自1983年首例转基因植物问世以来，转基因技术得到了迅速的发展。
与传统育种相比，花卉基因工程育种有如下优点:①在基因水平上改造植物，更具精确性；②能够定向修饰花卉某个或某些性状而保留其他性状，提高育种的目的性和可操作性通过引入外来基因扩大基因库，从而培育出新型的花卉品种；③能够创新种质，打破物种间交流的界限，为花卉的定向育种提供更先进的技术保障；④育种周期短，效率高。
缺点当然就是要求设备好，投入多，风险大，失败率高。
花卉基因工程育种重点集中在花色、花香、花型、株形、花期和抗性等性状的改良上。
花色是决定花卉观赏价值的重要因素。
它主要由类胡萝卜素、类黄酮和花青素三大类物质决定。
目前，利用基因工程改良花色的方法主要有2种。
①利用反义RNA 和共抑制技术抑制基因的活性，造成无色底物的积累，使花的颜色变浅或变成无色。
②通过外源基因来补充某些品种缺乏合成某些颜色的能力。
Vander Krol 等将查尔酮合成酶基因CHS的cDNA反向转入矮牵牛中，使紫红色的花变为粉红色带白，甚至完全白色。
Courtney等将CHS基因以正义和反义2个方向分别导入开粉红色花的菊花品种Moneymaker中，得到浅粉红色和白色花，而对照没有出现白色花。
北京大学植物蛋白质工程国家重点实验室转基因获得的矮牵牛转化株，花色由原来的紫色变成了白色或具有不同模式的紫白相间的花朵。
玫瑰的遗传改良与基因工程研究进展
玫瑰的遗传改良与基因工程研究进展玫瑰是世界上最受欢迎的花卉之一，以其美丽的花朵和芬芳的香气而闻名。
多年来，人们一直致力于改良玫瑰的品种，以获得更加美丽和耐病的花朵。
而随着基因工程的发展，玫瑰的遗传改良研究也取得了显著进展。
本文将介绍玫瑰的遗传改良方法和基因工程技术在玫瑰研究中的应用，并探讨未来的发展方向。
在传统的玫瑰遗传改良中，人们通常运用选择育种的方法。
通过选取具有理想特征的个体进行繁殖，逐渐培育出更好的品种。
这种方法虽然简单有效，但进展较为缓慢。
而基因工程技术的引入，为玫瑰的遗传改良提供了新的途径。
基因工程技术可以通过转基因的方式，将具有特定性状的基因导入到玫瑰的基因组中。
这样就可以实现对玫瑰的特征进行精确控制和改良。
例如，科学家们可以通过转基因技术增加玫瑰的花瓣数量或改变花瓣的颜色。
他们还可以利用基因编辑技术来抑制或增强玫瑰中花香化合物的合成，从而创造出新的香型。
这些技术不仅可以改善玫瑰的外观和香气，还可以增加其抗病性和耐旱性能。
另外，基因工程技术还可以用于增加玫瑰的营养价值和药用价值。
研究人员已经成功地将具有抗氧化活性和抗癌特性的基因导入到玫瑰中，使其具有更高的营养价值和药用潜力。
这不仅拓宽了玫瑰的用途范围，还为药用植物的研发提供了新的资源。
除了基因工程技术，现代的遗传改良研究还涉及到基因组学、转录组学和表观遗传学等领域的应用。
通过对玫瑰基因组的深入研究，科学家们可以更好地理解玫瑰的遗传机制和变异规律。
这些研究不仅为玫瑰的遗传改良提供了新的思路，还为其他植物的遗传改良提供了借鉴。
然而，需要注意的是，基因工程技术在玫瑰的遗传改良中仍面临一些挑战和争议。
其中之一是基因的稳定性和遗传安全性问题。
转基因玫瑰的引入可能导致一些意想不到的副作用，如遗传突变或非目标性特征的改变。
因此，在进行基因工程研究时，必须对转基因玫瑰的稳定性和安全性进行充分评估。
另外，玫瑰的遗传改良并不只局限于单一的特征改良，还需要综合考虑多个特性的改良。
花卉的遗传与基因改良研究进展
花卉的遗传与基因改良研究进展近年来，花卉的遗传与基因改良研究取得了显著的进展。
通过对花卉的遗传信息的解读和基因改良技术的应用，科学家们成功地培育出了一系列品质优良、花色丰富、抗病性强的新品种。
本文将介绍花卉遗传与基因改良的基本原理、研究方法和最新成果。
一、花卉遗传与基因改良的基本原理花卉的遗传是通过基因的传递来实现的。
基因是生物体内控制遗传特征的遗传物质，它们位于染色体上。
花卉的每一个性状都由多个基因控制，这些基因相互作用，决定花卉品种的性状表现。
基因改良的目的是通过改变花卉的遗传信息，使其具有更好的性状。
研究人员可以通过不同的方法改变花卉的基因组合，如选择育种、杂交育种、突变诱变和基因工程等。
二、花卉遗传与基因改良的研究方法1. 选择育种选择育种是通过选择具有优良性状的个体进行繁殖，从而逐渐改善花卉的性状。
这种方法主要适用于性状遗传比较单一的品种。
通过连续多代的选择，可以最大程度地保留和提高所需性状。
2. 杂交育种杂交育种是指将两个或多个不同的花卉品种进行交配，通过互补的遗传优势产生新的品种。
这种方法可以结合不同品种的优点，提高花卉的产量和质量，并增加其抗病性和适应性。
3. 突变诱变突变诱变是通过人工诱导花卉的基因发生变异，从而改变其性状。
这种方法主要通过化学物质或辐射处理花卉种子或花粉，诱导基因发生突变。
通过筛选突变体，可以获得具有更好性状的新品种。
4. 基因工程基因工程是最新的花卉基因改良方法之一。
通过直接改变花卉的基因组成，可以实现特定性状的改变。
这种方法通常使用基因转化技术，将外源基因导入到花卉中，以增加其抗病性、耐逆性或改变花色等性状。
三、花卉遗传与基因改良的研究进展近年来，科学家们在花卉遗传与基因改良方面取得了许多重要的研究成果。
以下是一些例子：1. 新品种的培育通过选择育种和杂交育种等方法，科学家们培育了许多具有优良性状的新花卉品种。
例如，他们培育了具有更丰富花色和更长开花期的郁金香品种，以及具有更高抗病性和耐旱性的玫瑰品种。
花卉花色基因工程的研究进展
花卉花色基因工程的研究进展作者：杨慧邓超来源：《南方农业·中旬》2017年第12期摘要从花卉的成色作用和花色素种类入手，阐述了花卉的成色基因种类、花卉的成色基因转化方法等，综述了近年来花卉花色基因工程的研究进展，为今后花卉花色研究的资料收集和分类整理提供了有利的帮助。
关键词花卉花色；基因；综述中图分类号：S68 文献标志码：B DOI：10.19415/ki.1673-890x.2017.35.048花色的种类和纯正状况是评价花卉品质的一个重要指标，狭义的花色只是花瓣的颜色，而广义的花色为包括花萼、雄蕊和苞片的颜色[1]。
花色的品质与花卉的观赏、经济价值密切相关，要使花卉具有良好的市场前景，与众不同的花色是一个重要的因素，因此丰富的花卉颜色一直是育种者的重要目标。
传统育种工作周期较长、效率较低，因为只改变单一性状，往往其他性状也会跟着改变。
而基因工程育种就能准确定向地改变植物的目标性状，如花色[2]。
1 花色素和成色作用1.1 花色素决定花色的主要物质是类黄酮、类胡萝卜素、生物碱三种[3]。
类黄酮存在于液泡中，影响花色的主要是花色素苷，决定花的红、蓝、紫和红紫等颜色。
类胡萝卜素存在于花卉细胞的质体内，决定了花卉的黄色及橙色。
生物碱主要有小蘖碱、罂粟碱、甜菜碱等种类，小蘖碱为深紫色，罂粟碱为黄色，甜菜碱为黄色至红色[4]。
1.2 花卉花色的形成作用植物的花色决定需要多种色素共同参与，如郁金香的黄色就是由花青素和类胡萝卜素共同决定的。
花卉花色的形成作用除了色素基因外还受其他因素的影响。
一是细胞内细胞液的pH 值，通常随着pH值下降，花色逐渐由蓝变红[5]。
二是分子堆积作用，包括分子间与分子内堆积，即花色苷与辅助色素组合出现增色效应，从而产生从紫到蓝的色系[3]。
三是螯合作用，细胞内的Mg、Fe、Al、Mo等金属离子螯合，各种粒子螯合后经常为紫色[5]。
四是花瓣表皮细胞的形状，如果细胞形状不利于入射光的吸收，则花色明亮，反之花色黯淡[6]。
基因工程在花卉育种中的应用进展
创造出更多新、 异 、 奇、 罕的品种 。传统育种方法育种
周期长 ， 遗传变 异有 限 ， 引入某一优 良性状 的同时可 能会伴随一些不 良性状等 。 日益成熟的基因工程育 而 种则具有极大的发展潜力， 为改 良和创造优、 、 新 特花 卉品种提 ｒ 快捷途径 ， 目前花卉育种 的有效手段 是
第一 作者 简介 ： 雁春 ， ，９ ２年 出生 ， 川 内江职 业 技术 学 院助理 讲 师 。 胡 女 １７ 四
因 的活性， 造成无色底物 的积 累 ， 使花 的颜色变浅或
株形 、 花期和抗性等 性状 的改 良上 。花卉基 因工程研 究国外开展得很早 ， 并取得 了令人瞩 目的成就 。我国
的花卉基因工程育种刚刚起步 ， 尚处于探索阶段。
２１ 色基 因工程 ．花
基因『程育种是指不经过有性过程，克隆一些特 ｆ ＝ 有性状的基因， 并通过生物 、 物理和化学等方法 ， 将外
源基因（Ｎ ） Ｄ Ａ 导入受体 植物细胞 ， 通过组织培养育 出 转基因植物的生物技术 ， 包括 以下几方面 内容 。① 目
的基因分 离； 寻找或构建克隆载体 ； 重组载体 导 ② ③ 入植物受体细胞 ，并整合到寄主染色体的基 因组上；
一
花色是决定其观赏价值 的重要 因素之一。花色是 种复杂性状， 主要 由类黄铜、 类胡萝 卜 、 素 生物碱三 大类物质决定【 ２ ］ 。目前， 利用基因工程改 良 花色的方法 主要有 ２ 。① 利用反义 Ｒ Ａ和共抑制技术抑制基 种 Ｎ
④ 使带有重组载体 Ｄ Ａ 的植物细胞 或组织 ， Ｎ 再生成 形态正常的健康 可育 的植株 ； 在理想情况下 ， ⑤ 使这
拟南芥AGL15基因的克隆及其植物超表达载体的构建 吴晓梅
来 源 ，而 且 在 化 学 工 业 中 也 起 着 重 要 的 作 用 。 因 此 ， 研究拟南芥种子胚胎的发育具有很好的理论价值和 广阔的应用前景。
在 拟 南 芥 中 ，植 物 内 源 信 号 、转 录 因 子 以 及 外 界 环境因子共同控制着拟南芥种子胚胎正常的生长发 育。截至目前，已经 发 现 的 影 响 种 子 胚 胎 发 育 的 植 物内源信号 主 要 有 脱 落 酸 和 糖 等［３－６］。 影 响 拟 南 芥 种子胚发育的转录因子主要 ＡＢＩ３、ＬＥＣ１、ＬＥＣ２ 和 ＦＵＳ３ 等，这些转 录 因 子 在 种 子 发 育 的 很 多 方 面 起 着重要 作 用，其 中 包 括 种 子 储 藏 物 质 的 积 累 。 ［７－８］
拟 南 芥 （Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ）作 为 生 物 学 研 究 的 模 式 植 物 ，近 些 年 其 发 育 、生 殖 等 生 理 生 化 机 制 在分子水平上得到了前所未有的认识。尽管拟南芥 是研究种子胚胎发 育 分 子 遗 传 机 制 的 良 好 材 料，但 是由于拟南芥胚胎 很 小 并 且 处 于 种 子 中，目 前 对 拟 南芥种子的胚胎发 育，尤 其 是 胚 胎 早 期 发 育 还 知 之 甚少［１－２］。拟南芥种子胚中主要的储藏物质 为 油 脂、 蛋白质和淀粉等。这些储藏物质经过一系列的生理 生化反应降解为糖，给 种 子 萌 发 和 形 态 建 成 提 供 能 量 ，同 时 ，种 子 中 的 储 藏 物 质 不 仅 是 人 类 重 要 的 食 物
收 稿 日 期 ：２０１１－１０－２４ 作 者 简 介 ：吴晓梅（１９６３－），女，浙江金华人，高级讲师，本科，主要从事应用生物学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｕｘｉａｏｍｅｉ２１２２３６７＠１６３．ｃｏｍ
基因编辑技术在花卉育种中应用的研究进展
基因编辑技术在花卉育种中应用的研究进展作者：阚婷婷汪冲郑志仁张辉来源：《上海师范大学学报·自然科学版》2021年第01期摘要：相较传统育种，基因编辑育种能够更精准、高效地改变植物的性状，获得优良的品种. 目前应用基因编辑技术于花卉育种研究的报道相对较少. 该文综述了基因编辑技术，特别是规律成簇的间隔短回文重复/CRISPR-关联核酸内切酶9（CRISPR/Cas 9）在花卉中的研究进展及其局限性，同时还就花卉基因编辑育种的发展方向进行了讨论，希望为将基因编辑更好地应用于花卉育种提供参考.关键词：花卉; 基因编辑; 规律成簇的间隔短回文重复/CRISPR-关联核酸内切酶9（CRISPR/Cas 9）; 育种中图分类号： Q 812 文献标志码： A 文章编号： 1000-5137（2021）01-0050-07Abstract： Gene editing breeding technology can change the plant traits and obtain excellent varieties more accurately and efficiently than the traditional breeding. There are few reported researches on ornamental plant breeding by using gene editing technology.In this review，we mainly summarize the progress on gene editing technology and its limitations，especially clustered regularly interspersed short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9 （CRISPR/Cas 9） in ornamental plant breeding.The future research directions of gene editing in breeding of ornamental plants were discussed as well，which can provide some reference for its further application.Key words： ornamental plant; gene editing; clustered regularly interspersed short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9 （CRISPR/Cas 9）; breeding0 引言隨着人们生活水平的提高，花卉作为装扮环境的主要因素之一，也越来越受到人们的喜爱.为了满足花卉市场需求，培育更多优质花卉品种是花卉育种工作者的共同目标.传统的花卉育种方法主要有杂交育种和突变育种[1]，虽然目前已经培育出了大量花卉品种，但是它们可变化的性状数量有限，且培育过程耗时费力.转基因技术是将影响重要性状的功能基因转入目标花卉品种中，可以快速获得新性状的花卉品种.目前通过该技术已经获得了很多优良的花卉新品种，如蓝色玫瑰和微小型菊花等[2].然而，由于各国对于转基因植物政策的限制，目前只有少数转基因花卉品种获得监管部门的批准并进入市场.以规律成簇的间隔短回文重复/CRISPR-关联核酸内切酶9（CRISPR/Cas 9）为代表的新一代基因编辑技术，是近年来生命科学领域中发展起来的革命性技术，可以通过对植物自身基因的快速、定点改变，实现对植物性状的精准改良，为农业技术革命提供了新契机.自2013年首次应用于植物的基因组编辑以来，CRISPR/Cas 9系统已在许多物种中得到应用：单子叶植物，如水稻、小麦、高粱、玉米等;双子叶植物，如拟南芥、烟草、大豆、番茄等.并获得了许多性状优良的新种质，如抗白粉病的小麦[3]及抗氧化的马铃薯[4]等.基因编辑技术同样可以提高花卉育种的效率，缩短育种的周期，改良更多花卉的性状等，弥补传统花卉育种的不足.目前已经有一些关于花卉基因编辑的研究报道，但涉及的品种还较少，技术也不够成熟.本文作者对目前已有的花卉基因编辑技术研究进行了综述，并对其应用在花卉育种中的局限性及今后的发展趋势进行了讨论.1 基因编辑原理及在作物育种中的应用基因编辑的原理是通过特异的引导序列对目标基因DNA双链进行切割，形成DNA双链断裂（DSB），机体通过自身的修复机制对DSB进行不精准修复时，会造成修复位点碱基的缺失或插入，从而导致基因功能的缺失[5].目前基因编辑系统主要有锌指核酸酶（ZFN）[6]、转录激活物样效应器核酸酶（TALEN）[7]和CRISPR/Cas 9系统[8].CRISPR/Cas 9系统有3个主要组成部分：Cas 9蛋白、CRISPR RNA（crRNA）和反式激活crRNA（tracrRNA）.Cas9是一个核酸内切酶，负责切割DNA序列.在工程化的CRISPR/Cas 9系统中，tracrRNA与crRNA 连接在一起，变成一条单链向导RNA（sgRNA）.sgRNA指导Cas 9实现DNA序列特异性的切割.自2012年CRISPR/Cas 9系统被用于体外DNA序列的切割，特别是2013年被用于哺乳动物体内特定DNA序列的编辑后，由于其操作简便、成本低和用途广泛等特点，在短短几年内被广泛应用，并被认为是生命科学研究领域的颠覆性技术之一，也是目前应用最为广泛的基因编辑工具[9].近年来，利用基因编辑技术改良作物性状的研究已经取得了一系列的成果.如在水稻中，对香味基因OsBADH2[10]、白叶枯病感病基因OsSWEET14 [11]、直链淀粉含量基因OsWaxy [12]等进行编辑，分别获得了具有香味、抗白叶枯病及糯性等特性的新种质，大大缩短了育种时间，提高了育种效率.在六倍体小麦中对MLO基因进行靶向敲除，产生了抗白粉病的小麦[3].在玉米中敲除Waxy1基因，使籽粒中的支链淀粉含量显著提高[13].在大豆中定向敲除脂肪酸去饱和酶2（FAD 2）基因，从而降低了亚油酸和α-亚麻酸的相对含量，同时增加了油酸的积累，提高了大豆油的食用品质[14].基因编辑技术已经在一些主要农作物育种中展现了巨大的潜力，这为将该技术应用于更多物种的性状改良中奠定了基础.2 花卉基因编辑研究进展基因编辑技术已成功用于矮牵牛、牵牛花、菊花、百合、蝴蝶兰和夏堇等花卉基因的编辑（表1），在有些物种中成功获得了性状改良的株系.2.1 矮牵牛的基因编辑研究矮牵牛（Petunia hybrida）作为花卉研究的一种模式植物，被广泛用于花色和花序发育研究.2016年，ZHANG等[15]在二倍体矮牵牛中，通过农杆菌介导法转化叶片，靶向八氢番茄红素脱氢酶（PDS）基因，在获得的阳性再生植株中，白化表型的株系占55.6%～87.5%.同年，SUBBURAJ等[16]通过核糖核蛋白复合物（RNPs）方法，在矮牵牛原生质体系统中，直接导入纯化的Cas9蛋白和sgRNA，成功对硝酸还原酶（NR）基因进行了靶向编辑.NAING等[17]通过农杆菌介导法转化叶片，用CRISPR/Cas9系统编辑矮牵牛的乙烯生物合成酶1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶1（ACO1）基因.在T0代株系中，检测到31.5%的靶位点突变频率，其中纯合株系、杂合株系和嵌合株系分别占2.5%，15.0%和82.5%.基因編辑株系中乙烯生成量减少，花期显著延长.该工作为通过基因编辑技术，利用植物乙烯生物合成基因延长花卉的花期提供了实验参考.野生矮牵牛（Petunia inflata）自交不亲和性是由多态性S位点调控的，S位点包含多个花粉特异性S位点F盒（SLF）基因和一个雌蕊特异性S-RNase基因.花粉中的每一个SLF蛋白都被组装成一个SCF（Skp1-Cullin1-F-box）E3泛素连接酶复合物.SUN等[18]通过CRISPR/Cas9系统靶向矮牵牛SCFSLF复合物中的Skp1亚基（SSK1）基因，对矮牵牛自交不亲和机制进行研究，在获得的3个再生植株中有1株的靶基因被成功编辑.2.2 日本牵牛花的基因编辑研究WATANABE等[19]首次报道了在日本牵牛花（Ipomoea nil）中针对花色的基因编辑，他们以花青素生物合成酶二氢黄酮醇-4-还原酶-B（DFR-B）基因为靶标，通过农杆菌介导法转化种子胚.在32株转基因株系中，有24株（75%）在靶位点产生突变，产生了花青素含量减少的白色花.这也是第一个将基因编辑技术用于改变高等植物花色的报道.日本牵牛花有多种花色品系，但是缺少黄色花，说明日本牵牛花花瓣中只有微量类胡萝卜素的积累.WATANABE等[20]研究类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCD），调控类胡萝卜素在花瓣中的积累.通过生物信息学分析，在牵牛花基因组中鉴定出7个CCD基因.测序和表达分析表明，CCD4可能参与花瓣类胡萝卜素的降解.他们利用CRISPR/Cas 9系统敲除了白花品种I.nil cv.AK77中的CCD4基因，使得白色的花瓣变成淡黄色.在日本牵牛花中，NAC（NAM/ATAF1，2/CUC2）类转录因子EPHEMERAL1（EPH1）是花瓣衰老的关键调控因子.SHIBUYA等[21]构建同时靶向EPH1基因中3个不同位置的CRISPR/Cas 9载体，并转化日本牵牛花，在获得的8株阳性转基因植物中都检测到了靶位点的突变.在T1代获得了靶位点纯合突变的株系，也成功获得一些不含T-DNA（Transfer DNA）插入的纯合株系，这些突变植株表现出明显的花瓣衰老延迟.2.3 菊花的基因编辑研究菊花是一种重要的观赏植物，但它是六倍体，基因组庞大，缺乏全基因组信息，这为菊花遗传改良带来了困难.KISHI-KABOSHI等[22]为了优化菊花中CRISPR/Cas 9基因编辑系统，首先创制了表达YGFP（yellowish-green fluorescent protein）基因的转基因菊花植株，再通过CRISPR/Cas 9系统对转基因植株中的YGFP基因进行编辑.在比较了CaMV 35S启动子和PcUbi启动子在菊花愈伤组织中的活性后发现，PcUbi启动子对菊花愈伤组织的基因编辑更有效.进一步利用PcUbi启动子表达Cas 9蛋白，并针对YGFP的两个位点设计了不同sgRNA，获得了YGFP突变的菊花植株，基因编辑效率为0～33%.这是利用CRISPR/Cas 9系统对菊花进行基因编辑的首次报道，为该技术用于菊花遗传改良提供了参考.2.4 夏堇的基因编辑研究夏堇（Torenia fournieri L.）属于木玄参科蝴蝶草属植物，是花卉研究中常用的模式植物.NISHIHARA等[23]利用CRISPR/Cas 9系统突变夏堇中参与类黄酮生物合成的关键基因黄烷酮3-羟化酶（F3'H），来改造夏堇花的颜色.在获得的基因编辑株系中，80%的植株表现出花色的变化，靶序列测序结果表明所有花色改变的株系，F3'H基因均发生了突变，突变类型包括碱基替换、插入或缺失等，这说明获得的花色变化表型是由F3'H基因的突变导致的.2.5 百合的基因编辑研究百合是常见的鲜切花之一，分布于世界各地.YAN等[24]首先在山丹百合（Lilium pumilum DC.Fisch.）和麝香百合（Lilium longiflorum White Heaven）中，分别通过体细胞胚和再生不定芽建立了稳定遗传转化体系，转化效率分别达到29.17%和4.00%.进一步，该工作通过CRISPR/Cas 9系统对2个百合属植物的PDS基因进行了敲除，在获得的再生植株中观察到完全白化、淡黄色和白绿色嵌合的表型.在此研究中，分别获得30.0%和5.17%的具有抗性和明显表型改变的山丹百合和麝香百合.该工作首次将CRISPR/Cas 9基因编辑系统成功应用于百合中，为百合的基因功能研究和种质改良奠定了重要的基础.2.6 蝴蝶兰的基因编辑研究2 花卉基因编辑研究进展基因编辑技术已成功用于矮牵牛、牵牛花、菊花、百合、蝴蝶兰和夏堇等花卉基因的编辑（表1），在有些物种中成功获得了性状改良的株系.2.1 矮牵牛的基因编辑研究矮牵牛（Petunia hybrida）作为花卉研究的一种模式植物，被广泛用于花色和花序发育研究.2016年，ZHANG等[15]在二倍体矮牵牛中，通过农杆菌介导法转化叶片，靶向八氢番茄红素脱氢酶（PDS）基因，在获得的阳性再生植株中，白化表型的株系占55.6%～87.5%.同年，SUBBURAJ等[16]通过核糖核蛋白复合物（RNPs）方法，在矮牵牛原生质体系统中，直接导入纯化的Cas9蛋白和sgRNA，成功对硝酸还原酶（NR）基因进行了靶向编辑.NAING等[17]通过农杆菌介导法转化叶片，用CRISPR/Cas9系统编辑矮牵牛的乙烯生物合成酶1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶1（ACO1）基因.在T0代株系中，检测到31.5%的靶位点突变频率，其中纯合株系、杂合株系和嵌合株系分别占2.5%，15.0%和82.5%.基因编辑株系中乙烯生成量减少，花期显著延长.该工作为通过基因编辑技术，利用植物乙烯生物合成基因延长花卉的花期提供了实验参考.野生矮牵牛（Petunia inflata）自交不亲和性是由多态性S位点调控的，S位点包含多个花粉特异性S位点F盒（SLF）基因和一个雌蕊特异性S-RNase基因.花粉中的每一个SLF蛋白都被组装成一个SCF（Skp1-Cullin1-F-box）E3泛素连接酶复合物.SUN等[18]通过CRISPR/Cas9系统靶向矮牵牛SCFSLF复合物中的Skp1亚基（SSK1）基因，对矮牵牛自交不亲和机制进行研究，在获得的3个再生植株中有1株的靶基因被成功编辑.2.2 日本牵牛花的基因编辑研究WATANABE等[19]首次报道了在日本牵牛花（Ipomoea nil）中针对花色的基因编辑，他们以花青素生物合成酶二氢黄酮醇-4-还原酶-B（DFR-B）基因为靶标，通过农杆菌介导法转化种子胚.在32株转基因株系中，有24株（75%）在靶位点产生突变，产生了花青素含量减少的白色花.这也是第一个将基因编辑技术用于改变高等植物花色的报道.日本牵牛花有多种花色品系，但是缺少黄色花，说明日本牵牛花花瓣中只有微量类胡萝卜素的积累.WATANABE等[20]研究类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCD），调控类胡萝卜素在花瓣中的积累.通过生物信息学分析，在牵牛花基因组中鉴定出7个CCD基因.测序和表达分析表明，CCD4可能参与花瓣类胡萝卜素的降解.他们利用CRISPR/Cas 9系统敲除了白花品种I.nil cv.AK77中的CCD4基因，使得白色的花瓣变成淡黄色.在日本牵牛花中，NAC（NAM/ATAF1，2/CUC2）类转录因子EPHEMERAL1（EPH1）是花瓣衰老的关键调控因子.SHIBUYA等[21]构建同时靶向EPH1基因中3个不同位置的CRISPR/Cas 9载体，并转化日本牵牛花，在获得的8株阳性转基因植物中都检测到了靶位点的突变.在T1代获得了靶位点纯合突变的株系，也成功获得一些不含T-DNA（Transfer DNA）插入的纯合株系，这些突变植株表现出明显的花瓣衰老延迟.2.3 菊花的基因編辑研究菊花是一种重要的观赏植物，但它是六倍体，基因组庞大，缺乏全基因组信息，这为菊花遗传改良带来了困难.KISHI-KABOSHI等[22]为了优化菊花中CRISPR/Cas 9基因编辑系统，首先创制了表达YGFP（yellowish-green fluorescent protein）基因的转基因菊花植株，再通过CRISPR/Cas 9系统对转基因植株中的YGFP基因进行编辑.在比较了CaMV 35S启动子和PcUbi启动子在菊花愈伤组织中的活性后发现，PcUbi启动子对菊花愈伤组织的基因编辑更有效.进一步利用PcUbi启动子表达Cas 9蛋白，并针对YGFP的两个位点设计了不同sgRNA，获得了YGFP突变的菊花植株，基因编辑效率为0～33%.这是利用CRISPR/Cas 9系统对菊花进行基因编辑的首次报道，为该技术用于菊花遗传改良提供了参考.2.4 夏堇的基因编辑研究夏堇（Torenia fournieri L.）属于木玄参科蝴蝶草属植物，是花卉研究中常用的模式植物.NISHIHARA等[23]利用CRISPR/Cas 9系统突变夏堇中参与类黄酮生物合成的关键基因黄烷酮3-羟化酶（F3'H），来改造夏堇花的颜色.在获得的基因编辑株系中，80%的植株表现出花色的变化，靶序列测序结果表明所有花色改变的株系，F3'H基因均发生了突变，突变类型包括碱基替换、插入或缺失等，这说明获得的花色变化表型是由F3'H基因的突变导致的.2.5 百合的基因编辑研究百合是常见的鲜切花之一，分布于世界各地.YAN等[24]首先在山丹百合（Lilium pumilum DC.Fisch.）和麝香百合（Lilium longiflorum White Heaven）中，分别通过体细胞胚和再生不定芽建立了稳定遗传转化体系，转化效率分别达到29.17%和4.00%.进一步，该工作通过CRISPR/Cas 9系统对2个百合属植物的PDS基因进行了敲除，在获得的再生植株中观察到完全白化、淡黄色和白绿色嵌合的表型.在此研究中，分别获得30.0%和5.17%的具有抗性和明显表型改变的山丹百合和麝香百合.该工作首次将CRISPR/Cas 9基因编辑系统成功应用于百合中，为百合的基因功能研究和种质改良奠定了重要的基础.2.6 蝴蝶兰的基因编辑研究2 花卉基因编辑研究进展基因编辑技术已成功用于矮牵牛、牵牛花、菊花、百合、蝴蝶兰和夏堇等花卉基因的编辑（表1），在有些物种中成功获得了性状改良的株系.2.1 矮牵牛的基因编辑研究矮牵牛（Petunia hybrida）作为花卉研究的一种模式植物，被广泛用于花色和花序发育研究.2016年，ZHANG等[15]在二倍体矮牵牛中，通过农杆菌介导法转化叶片，靶向八氢番茄红素脱氢酶（PDS）基因，在获得的阳性再生植株中，白化表型的株系占55.6%～87.5%.同年，SUBBURAJ等[16]通过核糖核蛋白复合物（RNPs）方法，在矮牵牛原生质体系统中，直接导入纯化的Cas9蛋白和sgRNA，成功对硝酸还原酶（NR）基因进行了靶向编辑.NAING等[17]通过农杆菌介导法转化叶片，用CRISPR/Cas9系统编辑矮牵牛的乙烯生物合成酶1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶1（ACO1）基因.在T0代株系中，检测到31.5%的靶位点突变频率，其中纯合株系、杂合株系和嵌合株系分别占2.5%，15.0%和82.5%.基因编辑株系中乙烯生成量减少，花期显著延长.该工作为通过基因编辑技术，利用植物乙烯生物合成基因延长花卉的花期提供了实验参考.野生矮牵牛（Petunia inflata）自交不亲和性是由多态性S位点调控的，S位点包含多个花粉特异性S位点F盒（SLF）基因和一个雌蕊特异性S-RNase基因.花粉中的每一个SLF蛋白都被组装成一个SCF（Skp1-Cullin1-F-box）E3泛素连接酶复合物.SUN等[18]通过CRISPR/Cas9系统靶向矮牵牛SCFSLF复合物中的Skp1亚基（SSK1）基因，对矮牵牛自交不亲和机制进行研究，在获得的3个再生植株中有1株的靶基因被成功编辑.2.2 日本牵牛花的基因编辑研究WATANABE等[19]首次报道了在日本牵牛花（Ipomoea nil）中针对花色的基因编辑，他们以花青素生物合成酶二氢黄酮醇-4-还原酶-B（DFR-B）基因为靶标，通过农杆菌介导法转化种子胚.在32株转基因株系中，有24株（75%）在靶位点产生突变，产生了花青素含量减少的白色花.这也是第一个将基因编辑技术用于改变高等植物花色的报道.日本牵牛花有多种花色品系，但是缺少黄色花，说明日本牵牛花花瓣中只有微量类胡萝卜素的积累.WATANABE等[20]研究类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCD），调控类胡萝卜素在花瓣中的积累.通过生物信息学分析，在牵牛花基因组中鉴定出7个CCD基因.测序和表达分析表明，CCD4可能参与花瓣类胡萝卜素的降解.他们利用CRISPR/Cas 9系统敲除了白花品种I.nil cv.AK77中的CCD4基因，使得白色的花瓣变成淡黄色.在日本牵牛花中，NAC（NAM/ATAF1，2/CUC2）類转录因子EPHEMERAL1（EPH1）是花瓣衰老的关键调控因子.SHIBUYA等[21]构建同时靶向EPH1基因中3个不同位置的CRISPR/Cas 9载体，并转化日本牵牛花，在获得的8株阳性转基因植物中都检测到了靶位点的突变.在T1代获得了靶位点纯合突变的株系，也成功获得一些不含T-DNA（Transfer DNA）插入的纯合株系，这些突变植株表现出明显的花瓣衰老延迟.2.3 菊花的基因编辑研究菊花是一种重要的观赏植物，但它是六倍体，基因组庞大，缺乏全基因组信息，这为菊花遗传改良带来了困难.KISHI-KABOSHI等[22]为了优化菊花中CRISPR/Cas 9基因编辑系统，首先创制了表达YGFP（yellowish-green fluorescent protein）基因的转基因菊花植株，再通过CRISPR/Cas 9系统对转基因植株中的YGFP基因进行编辑.在比较了CaMV 35S启动子和PcUbi启动子在菊花愈伤组织中的活性后发现，PcUbi启动子对菊花愈伤组织的基因编辑更有效.进一步利用PcUbi启动子表达Cas 9蛋白，并针对YGFP的两个位点设计了不同sgRNA，获得了YGFP突变的菊花植株，基因编辑效率为0～33%.这是利用CRISPR/Cas 9系统对菊花进行基因编辑的首次报道，为该技术用于菊花遗传改良提供了参考.2.4 夏堇的基因编辑研究夏堇（Torenia fournieri L.）属于木玄参科蝴蝶草属植物，是花卉研究中常用的模式植物.NISHIHARA等[23]利用CRISPR/Cas 9系统突变夏堇中参与类黄酮生物合成的关键基因黄烷酮3-羟化酶（F3'H），来改造夏堇花的颜色.在获得的基因编辑株系中，80%的植株表现出花色的变化，靶序列测序结果表明所有花色改变的株系，F3'H基因均发生了突变，突变类型包括碱基替换、插入或缺失等，这说明获得的花色变化表型是由F3'H基因的突变导致的.2.5 百合的基因编辑研究百合是常见的鲜切花之一，分布于世界各地.YAN等[24]首先在山丹百合（Lilium pumilum DC.Fisch.）和麝香百合（Lilium longiflorum White Heaven）中，分别通过体细胞胚和再生不定芽建立了稳定遗传转化体系，转化效率分别达到29.17%和4.00%.进一步，该工作通过CRISPR/Cas 9系统对2个百合属植物的PDS基因进行了敲除，在获得的再生植株中观察到完全白化、淡黄色和白绿色嵌合的表型.在此研究中，分别获得30.0%和5.17%的具有抗性和明显表型改变的山丹百合和麝香百合.该工作首次将CRISPR/Cas 9基因编辑系统成功应用于百合中，为百合的基因功能研究和种质改良奠定了重要的基础.2.6 蝴蝶兰的基因编辑研究2 花卉基因编辑研究进展基因编辑技术已成功用于矮牵牛、牵牛花、菊花、百合、蝴蝶兰和夏堇等花卉基因的编辑（表1），在有些物种中成功获得了性状改良的株系.2.1 矮牵牛的基因编辑研究矮牵牛（Petunia hybrida）作为花卉研究的一种模式植物，被广泛用于花色和花序发育研究.2016年，ZHANG等[15]在二倍体矮牵牛中，通过农杆菌介导法转化叶片，靶向八氢番茄红素脱氢酶（PDS）基因，在获得的阳性再生植株中，白化表型的株系占55.6%～87.5%.同年，SUBBURAJ等[16]通过核糖核蛋白复合物（RNPs）方法，在矮牵牛原生质体系统中，直接导入纯化的Cas9蛋白和sgRNA，成功对硝酸还原酶（NR）基因进行了靶向编辑.NAING等[17]通过农杆菌介导法转化叶片，用CRISPR/Cas9系统编辑矮牵牛的乙烯生物合成酶1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶1（ACO1）基因.在T0代株系中，检测到31.5%的靶位点突变频率，其中纯合株系、杂合株系和嵌合株系分别占2.5%，15.0%和82.5%.基因编辑株系中乙烯生成量减少，花期显著延长.该工作为通过基因编辑技术，利用植物乙烯生物合成基因延长花卉的花期提供了实验参考.野生矮牵牛（Petunia inflata）自交不亲和性是由多态性S位点调控的，S位点包含多个花粉特异性S位点F盒（SLF）基因和一个雌蕊特异性S-RNase基因.花粉中的每一个SLF蛋白都被组装成一个SCF（Skp1-Cullin1-F-box）E3泛素连接酶复合物.SUN等[18]通过CRISPR/Cas9系统靶向矮牵牛SCFSLF复合物中的Skp1亚基（SSK1）基因，对矮牵牛自交不亲和机制进行研究，在获得的3个再生植株中有1株的靶基因被成功编辑.2.2 日本牵牛花的基因编辑研究WATANABE等[19]首次报道了在日本牵牛花（Ipomoea nil）中针对花色的基因编辑，他们以花青素生物合成酶二氢黄酮醇-4-还原酶-B（DFR-B）基因为靶标，通过农杆菌介导法转化种子胚.在32株转基因株系中，有24株（75%）在靶位点产生突变，产生了花青素含量减少的白色花.这也是第一个将基因编辑技术用于改变高等植物花色的报道.日本牵牛花有多种花色品系，但是缺少黄色花，说明日本牵牛花花瓣中只有微量类胡萝卜素的积累.WATANABE等[20]研究类胡萝卜素裂解双加氧酶（CCD），调控类胡萝卜素在花瓣中的积累.通过生物信息学分析，在牵牛花基因组中鉴定出7个CCD基因.测序和表达分析表明，CCD4可能参与花瓣类胡萝卜素的降解.他们利用CRISPR/Cas 9系统敲除了白花品种I.nil cv.AK77中的CCD4基因，使得白色的花瓣变成淡黄色.在日本牵牛花中，NAC（NAM/ATAF1，2/CUC2）类转录因子EPHEMERAL1（EPH1）是花瓣衰老的关键调控因子.SHIBUYA等[21]构建同时靶向EPH1基因中3个不同位置的CRISPR/Cas 9载体，并转化日本牵牛花，在获得的8株阳性转基因植物中都检测到了靶位点的突变.在T1代获得了靶位点纯合突变的株系，也成功获得一些不含T-DNA（Transfer DNA）插入的纯合株系，这些突变植株表现出明显的花瓣衰老延迟.2.3 菊花的基因编辑研究菊花是一种重要的观赏植物，但它是六倍体，基因组庞大，缺乏全基因组信息，这为菊花遗传改良带来了困难.KISHI-KABOSHI等[22]为了优化菊花中CRISPR/Cas 9基因编辑系统，首先创制了表达YGFP（yellowish-green fluorescent protein）基因的转基因菊花植株，再通过CRISPR/Cas 9系统对转基因植株中的YGFP基因进行编辑.在比较了CaMV 35S启动子和PcUbi启动子在菊花愈伤组织中的活性后发现，PcUbi启动子对菊花愈伤组织的基因编辑更有效.进一步利用PcUbi启动子表达Cas 9蛋白，并针对YGFP的两个位点设计了不同sgRNA，获得了YGFP突变的菊花植株，基因编辑效率为0～33%.这是利用CRISPR/Cas 9系统对菊花进行基因编辑的首次报道，为该技术用于菊花遗传改良提供了参考.2.4 夏堇的基因编辑研究夏堇（Torenia fournieri L.）属于木玄参科蝴蝶草属植物，是花卉研究中常用的模式植物.NISHIHARA等[23]利用CRISPR/Cas 9系统突变夏堇中参与类黄酮生物合成的关键基因黄烷酮3-羟化酶（F3'H），来改造夏堇花的颜色.在获得的基因编辑株系中，80%的植株表现出花色的变化，靶序列测序结果表明所有花色改变的株系，F3'H基因均发生了突变，突变类型包括碱基替换、插入或缺失等，这说明获得的花色变化表型是由F3'H基因的突变导致的.2.5 百合的基因编辑研究百合是常见的鲜切花之一，分布于世界各地.YAN等[24]首先在山丹百合（Lilium pumilum DC.Fisch.）和麝香百合（Lilium longiflorum White Heaven）中，分別通过体细胞胚和再生不定芽建立了稳定遗传转化体系，转化效率分别达到29.17%和4.00%.进一步，该工作通过CRISPR/Cas 9系统对2个百合属植物的PDS基因进行了敲除，在获得的再生植株中观察到完全白化、淡黄色和白绿色嵌合的表型.在此研究中，分别获得30.0%和5.17%的具有抗性和明显表型改变的山丹百合和麝香百合.该工作首次将CRISPR/Cas 9基因编辑系统成功应用于百合中，为百合的基因功能研究和种质改良奠定了重要的基础.。
新型分子生物学技术在花卉定向育种中的应用进展
1、疾病诊断
分子生物学技术在疾病诊断方面的应用主要包括基因测序、基因多态性检测 和核酸检测等。通过对患者基因组的测序和分析，可以实现对遗传性疾病、肿瘤 等疾病的早期诊断和精准治疗。核酸检测则是在病毒性疾病的诊断中发挥着重要 作用，如丙型肝炎、艾滋病等。
2、病原微生物检测
分子生物学技术可以快速准确地检测病原微生物，如细菌、病毒、寄生虫等。 聚合酶链反应（PCR）技术是一种常用的分子生物学检测方法，可用于检测病原 微生物的DNA片段，从而实现快速诊断。
引言
随着生物技术的不断发展，分子生物学技术在医学检验领域的应用日益广泛。 分子生物学技术的引入为医学检验提供了新的手段和方法，极大地提高了医学诊 断和治疗的准确性。本次演示将介绍分子生物学技术在医学检验中的应用背景和 意义，以及其在医学检验中的优势和局限性，最后探讨分子生物学技术的未来发 展方向。
一、基因工程在花卉育种中的应 用
基因工程是通过改变生物体的基因来实现对其性状的控制。在花卉育种中， 基因工程主要应用于花卉的品质改良、抗逆性增强以及花期调控等方面。
1、品质改良
花卉的品质是其观赏价值的关键因素之一。基因工程可以通过转基因技术， 引入特定的基因片段，以改善花卉的品质。例如，通过转基因技术，可以将某些 特定花卉的香气、颜色、形状等优良性状转移到其他花卉上，实现品质改良。
感谢观看
2、抗逆性增强
花卉在不同的环境条件下生长和繁殖的能力有限。基因工程可以通过转基因 技术，引入抗逆性相关的基因片段，以提高花卉对环境压力的抵抗力。例如，通 过转基因技术可以提高花卉对干旱、高温、寒冷、盐碱等不利环境条件的适应性， 从而提高其抗逆性。
3、花期调控
花卉的花期调控是花卉育种的重要目标之一。基因工程可以通过转基因技术， 引入花期调控相关的基因片段，以实现对花卉花期的调控。例如，通过转基因技 术可以延长花卉的花期，也可以实现花卉的四季开花。
花卉分子育种研究进展
花卉分子育种研究进展花卉分子育种是指利用现代分子生物学技术、遗传学、生物化学等手段，加速花卉育种过程，提高育种效果。
近年来，随着分子生物学技术的不断发展和进步，花卉分子育种也取得了长足的进展。
首先，花卉分子育种在品种改良方面取得了重大突破。
通过在分子水平上对花卉中关键性状的研究，可以有效地筛选出具有好的性状组合的亲本，从而加速了杂交育种的进程。
通过分子标记技术，可以在早期选育阶段就明确面向稳定性、耐逆性等方面的选择方向，降低了育种时间和成本。
此外，利用转基因技术，可以向目标品种导入抗病、耐寒、耐旱等基因，开辟出新的育种路径。
其次，花卉分子育种在药用价值增强方面也取得了一定的成就。
花卉主要作为食用、观赏和药用植物而存在。
针对不同的用途，繁育目标也不尽相同。
在药用价值上，目前应用最广泛的是黄连和连翘。
分子标记和功能基因组学的研究为这些草本植物的活性成分合成提供了重要的依据。
在常规繁育方法的基础上，优化活性成分的生物合成途径、选择恰当的生长环境和管理模式等方面均能实现药用价值的增强。
再次，花卉分子育种带来了对环境的更好适应性。
基因编码决定了植物的生长特性，分子育种通过分离具有特定表现型的基因，可以更高效地进行杂交、变异和选择。
这些特化基因确保了植物在不同环境下获得更好的生存利用率和更高的适应性。
同时，针对各类环境因素引起的遗传多样性变异，分子育种也能够更快速地构建兴优繁育体系，取得更好的盆景、观赏和种植效果。
总而言之，花卉分子育种研究尚处在不断发展之中，但其为我们提供了更加科学的育种思路与技术，推动了花卉品种的快速优化和升级。
在未来，我们将继续借助于分子生物学技术，致力于花卉品种的进一步繁育优化，让更多优秀品种走向市场，并真正菁华涟漪绚烂的形象蕾丝在客户的心中扎下牢固的品牌印象。
基因工程在花卉遗传改良中的应用研究
9期
滕年军等：基因工程在花卉遗传改良中的应用研究
9K7
透色素层时部分被吸收，部分在海绵组织反射折回，再度通过色素层进入我们眼帘所产生 的色彩，因此与花瓣色素种类、含量、花瓣内部或表面结构引起的物理性状等多因素有关 （程金水，!"""）。此外，花成色作用也受到其它一些因素影响，如液泡 #$ 值、共着色作用 （%&#’()*+,-,’&+）、色素分子内及分子间堆积作用（’+,*.)&/*%0/-. -+1 ’+,.-)&/*%0/-. 2,-%3’+(2）、 金属络合物作用（)*,-/ %&)#/*4-,’&+）等（5/&)-- -+1 $&/,&+，6778）。有关花色基因工程研究 开始主要是在拟南芥（ !"#$%&’()%) *+#,%#-#）、矮牵牛（ ./*0-%# +1$"%&#）、金鱼草（ !-*%""+%-02 2#30)）等模式植物上进行。近年来已经将花色基因工程的重点转移到以菊花（ 4/-&"#-*+/5 2# 2’"%6’,%02）、香石竹（ 4%#-*+0) 7#""1’(+1,,0)）等重要花卉的花色改良中来，并且主要集中 在对黄酮类生物合成途径的修饰（傅荣昭等，6779；5/&)-- -+1 $&/,&+，6778；包满珠，677:）。 ;&/ 等（677<）报道控制矮牵牛液泡 #$ 值的等位基因已经有 : 个，即 #=6>#=:，此外 ?+! 和 ?+66 基因突变也能影响液泡 #$ 值。@-+-3- 等（!"""）首先在裂叶牵牛（ 8(’2’/# -%,）中获 得了与调节液泡 #$ 有关的 A（. #0.#/*）基因，该基因编码的蛋白对液泡上 B- C D $ C 的交换 具有调节作用，进而调节液泡 #$。A.>)（#0.#/*>)0,-+,）型紫花裂叶牵牛紫色花瓣带有蓝色 斑块；他们对紫花区域和蓝花区域的提取液的色素成分和 #$ 进行分析，发现两者色素成 分没有差异，但 #$ 却有区别，后者 #$ 比前者高 " E :；进一步对 A.>) 或 A.>（. #0.#/*>.*F*.> ,-+,）分析，证实 A.>) 和 A.>. 是同源的。表明蓝色斑块是由花瓣局部区域 A.>) 型发生了 A.>. 型回复突变提高了液泡 #$ 值。G&0.,+*H>I0,,*.2&+ 等（6778）将苯基苯乙烯酮合成酶 （G$J）基因以有义和反义方向导入开粉红色花的菊花品种‘;&+*H)-3*.’中，获得开白花或 浅粉色花的植株各 K 株。;’,’&0%=3’+ 等（!"""L）、M&/(&F 等（677:）通过叶盘转化方法将 G$J 基因，以反义形式导入菊花品种‘A-./’-)*+,’中，获得了与 G&0.,+*H>>I0,,*.2&+ 相似的结果。 转 G$J 基因蓝猪耳（ 9’"/-%# 6’0"-%/"%）也出现花色变浅的现象（?’1- /* #,，!"""）。NF-1’2 等 （!"""）将编码黄烷酮>K>羟化酶的 O=, 基因以反义形式导入花瓣为深橘黄色边缘带有深红 色条纹的香石竹“5’/-,”品种中，获得 68 株转基因植株中有 P 株花色发生改变，其中有两 株的花瓣边缘红色条纹变浅，出现不连贯纹带；另两株的花瓣边缘红色条纹消失，花色也 变成浅橘黄色；最后两株花色变成浅黄和白色。可能是反义 6+* 基因在不同程度上抑制 6+* 基因表达的结果。转基因紫色香石竹品种‘;&&+102,’已在澳大利亚和日本上市（@-+-3/* #,，677<）。 !"# 形态改良
基因工程在观赏植物花色育种中的应用专家论文
基因工程技术应用的优势与局限性
优势
可打破自然条件下难以实现的物种间的生殖隔离，实现基因在不同物种间的 转移和表达，提高育种效率和品质。
局限性
可能引起的伦理、安全和环境问题，如外源基因逃逸、生物安全及生态平衡 等。同时，技术难度较大，需要专业人员操作，且受法规和政策限制。
基因工程在观赏植物花色育 种中的应用专家论文
xx年xx月xx日
目录
• 引言 • 基因工程技术在观赏植物花色育种中的原理和方
法 • 基因工程在观赏植物花色育种中的应用案例 • 基因工程在观赏植物花色育种中的前景与展望 • 结论
01
引言
研究背景与意义
观赏植物在生态修复和环境美化方面具有重要作用，基因工 程技术为花色育种提供了新途径
研究团队充分挖掘和利用观赏植 物资源，将不同花色基因进行组 装和优化，创制出更具特色和优
点的花色新品种。
研究不足与展望
尽管基因工程在观赏植物花色育种中 取得了一定的成果，但仍有许多技术 瓶颈需要突破，如花色基因的精准调
控、基因表达的时空特异性等。
未来需要进一步拓展基因工程在观赏 植物花色育种中的应用范围，从更多 的角度深入研究和探索，如不同花色 基因的互作、花色基因编辑技术的发
成功地利用基因工程方法导入 外源基因，并获得显著的花色 改变效果。
验证了转基因观赏植物花色的 稳定性和可靠性，为进一步推 广和应用奠定基础。
主要贡献与亮点
本研究首次将基因工程技术应用 于观赏植物花色育种，开拓了植
物花色遗传改良的新领域。
通过导入外源基因，成功实现花 色的多样化，提高观赏植物的应
用价值和市场竞争力。
基因编辑技术在花卉育种中的应用研究
基因编辑技术在花卉育种中的应用研究最新研究表明，基因编辑技术在花卉育种中持有巨大潜力。
与传统花卉育种方法不同的是，基因编辑技术可以定向编辑花卉基因，从而实现目的性的遗传改良，使经济价值和观赏效果更好的花卉品种成为可能。
1. 基因编辑技术在花卉育种中的潜力传统花卉育种过程中，育种师需要对花卉植株进行长时间的观察和选择，从而选择更为优良的品种，这个过程非常缓慢而繁琐。
而基因编辑技术的出现，使花卉育种能够更快捷、更准确地实现遗传改良。
作为一项前沿的生物技术，基因编辑可以对花卉基因进行精细的修改，在短时间内培育出更适应市场的花卉新品种。
尤其是在花卉观赏市场愈加竞争的今天，基因编辑技术的应用给花卉育种带来了更为广泛的空间。
2. 基因编辑技术在花卉改良中的局限性虽然基因编辑技术在花卉育种中具有很大的潜力，但是它仍然面临着一些挑战。
首要的一个问题是，需要对花卉基因进行较高程度的了解，因为基因编辑技术要求在非常精确的水平上进行花卉基因进行修改。
其次，基因编辑技术的应用在一定程度上是受限的。
一些国家和地区对于使用基因编辑技术进行作物或花卉改良持有不同的态度，一些国家规定使用限制该技术进行操纵性子的操作。
花卉育种领域也需要寻找一种可持续生产的育种方法，这也是育种专业人士面临的重要问题。
3. 基因编辑技术在商业化花卉的应用除了改良观赏花卉的品质之外，基因编辑技术也是提高商业化花卉产量和品质的一项有力工具。
可以通过修改花卉基因产生的花卉，可以加强花卉的病虫害抵抗力，减少病虫害危害，节约对花卉的防治成本。
而通过引入抗药性基因，花农可以更加灵活地操纵花卉管理方面的挑战，大大提升花卉的产量和质量。
基因编辑技术为花卉生产带来的机遇和挑战，也在某种程度上决定了花卉育种领域未来的进展和前景。
总的来说，基因编辑技术在花卉改良和商业化生产领域的应用可以带来巨大的优势。
虽然技术仍然存在一些限制，但是这一技术的快速发展和应用前景表明，它的实现可以不断为商品花卉市场带来更为丰富、更为多样化的产品，同时也提供了一种更为高效、缩短繁育过程耗时和成本的方法。
花卉在基因工程育种中的研究进展
花卉在基因工程育种中的研究进展段筱薇（河南师范大学453007）随着人们生活水平的不断提高，人们对花卉也愈加喜爱，同时对美的追求也越来越高。
传统育种技术在目前花卉新品种选育方面起着重要作用，然而育种时间长等其他问题则限制了该技术的进一步发展。
现代生物技术尤其是基因工程出现则对这些问题提出了相应的解决策略，为新品种培育提供了新的方向。
1花卉基因工程育种基因工程育种指用人工的方法，将特定的目的基因分离，然后利用载体、媒体或其他的物理、化学方法将分离的目的基因导入植物细胞受体，并整合到植物受体细胞的染色体上，从而使目的基因在植物受体中表达，最终达到改变植物性状以及快速培育植物新品种的目的[1]。
2花卉基因工程育种的研究现状目前，我国对花卉基因工程育种重点集中在改良花色、花香、花型、株形、花期和抗性等性状上。
花卉基因工程育种已广泛应用于菊花、康乃馨、玫瑰、兰花、唐菖蒲、百合等各种重要花卉[2]。
2.1花色基因工程作为人们观赏花卉最直观的因素，花色是目前花卉基因工程育种研究最为深入的一个领域。
当今的的研究揭示了花色是由多种物质控制的复杂性状，主要由类黄酮、类胡萝卜素、甜菜素三类色素决定[3~4]。
2.2花期基因工程育种在传统育种过程中实现花期调控常采用通过控制休眠的内外因子，延迟或打破休眠。
如温度调节、改变光照方法、应用植物生长调节剂等。
与其相比，应用基因工程育种目前已经从模式植物拟南芥中分离到许多种影响开花的突变体，为花期有效调控提供了更有效的途径[5]。
2.3抗性基因工程育种目前抗除草剂大豆、抗虫玉米和棉花已进入人们的生活，得到了较好的应用与发展，但花卉的转基因与此相比显得其研究和应用稍有滞后。
目前科学家对于花卉方面的转基因研究主要集中于抗虫性及抗药性两个方面[6，7]。
在花卉抗药性方面，应用最广泛的是Bt基因[8]，该基因能够产生δ内毒素，从而具有良好的抗虫目的。
3花卉基因工程中仍存在的问题3.1转化效率低目前所得到的转基因花卉都是经过大量反复试验所得到的，具有重复性差，转化效率低，随机性大等缺点。
花香的生物合成调控及基因工程研究进展-中国细胞生物学学报
中国细胞生物学学报 Chinese Journal of Cell Biology 2011, 33(9): 1028–1036花香的生物合成、调控及基因工程研究进展樊荣辉1,2,3 黄敏玲1,2,3* 钟淮钦1,2,3 吴建设1,2,3 叶秀仙1,2,3(1福建省农业科学院作物研究所, 福州 350013; 2福建省农业科学院花卉研究中心, 福州 350013;3福建省特色花卉工程技术研究中心, 福州 350013)摘要 花香能提高观赏植物的审美特性, 并且在植物的繁衍中起着重要作用。
近年来, 随着分子生物学的发展, 花香分子水平的研究呈现加速发展的趋势, 已成为当前的一大研究热点。
该文主要论述了花香的生物合成途径及关键酶基因、分子水平的调控和共调控探索、花香基因工程策略, 以期为花香性状改良提供参考。
关键词 花香; 生物合成; 分子调控; 共调控; 基因工程收稿日期: 2011-03-14 接受日期: 2011-05-17福建省科技重大专项专题项目(No.2010NZ0003)、福建省农业科技重点项目(No.2008N0115)、福建省财政专项–福建省农业科学院科技创新团队建设基金(No.STIF-Y06)和福建省农业科学院科技创新团队重点科研项目(No.CXTD2011-20)资助项目*通讯作者。
Tel: 0591-********, E-mail: pudang12@植物的花香是一系列低分子量挥发性物质的混合物。
一般认为, 花香能够吸引传粉昆虫和抵制草食性动物[1-2]。
它不但对很多植物的生殖具有重要作用, 而且在植物染病后, 可以作为免疫信号激起防卫反应, 从而确保植物的产量和质量[3]。
此外, 从植物花香挥发物中提取的香精香料也是很多轻工业和化妆品的重要原料, 具有重要的应用价值[4]。
与花色、花型等其它花朵性状相比, 花香的研究相对滞后。
直到近几年, 花香的研究才逐渐深入, 花香的物质成分及其生物合成途径逐渐明确[5-6], 生物合成途径中一些关键酶基因相继被研究和应用[7]。
花卉基因工程研究进展Ⅱ:花型、花期、货架期
花卉基因工程研究进展Ⅱ：花型、花期、货架期
张石宝;胡虹;李树云
【期刊名称】《植物分类与资源学报》
【年(卷),期】2002(024)001
【摘要】近10年来,基因工程研究在机理、酶的纯化及基因分离等方面取得了很大的成就,这些成就已广泛用于花卉产业,并在花卉改良研究中取得突出的成效.本文详细介绍了基因工程用于改良花型、花期和货架期等方面的研究进展.
【总页数】9页(P94-102)
【作者】张石宝;胡虹;李树云
【作者单位】中国科学院昆明植物研究所,云南,昆明,650204;中国科学院昆明植物研究所,云南,昆明,650204;中国科学院昆明植物研究所,云南,昆明,650204
【正文语种】中文
【中图分类】Q94
【相关文献】
1.北京常见宿根花卉的观赏期观测及延长花期技术初探 [J], 王美仙;刘燕;常宇
2.花卉的花期调控研究进展 [J], 薛佳桢
3.基于球根花卉花期调控的研究进展 [J], 胡超; 张云珍
4.高油酸花生花育963和普通油酸花生花育22号油炸花生仁货架期预测 [J], 穆树旗;王传堂;李万鑫;李平涛;王志伟;王菲菲;于树涛
5.球根花卉花期调控的研究进展 [J], 王磊;汤庚国;刘彤;赵九洲
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
福建农林大学学报(自然科学版)第32卷第3期Jo ur nal of Fujian A g ricultur e and Fo restr y U niv er sit y(N atural Science Editio n)2003年9月花卉基因工程研究进展吴晓梅,杨盛昌,缪 颖,陈德海(厦门大学生命科学学院植物基因与基因技术研究所,厦门361005)摘要:近十余年来,花卉基因工程取得了较大的进展,许多种花都已获得转基因植株,有的已进入商品化生产阶段.本文就基因工程在花卉方面的研究和应用作一综述.关键词:基因工程;花卉;花色;花型;衰老中图分类号:Q943.1文献标识码:A文章编号:1006-7817(2003)03-0325-06Advances in flower genetic engineeringWU Xiao-mei,YANG Sheng-chang,MIAO Ying,CHEN De-hai(Institute for P lant Gene&G ene T echno log y,School of Life Sciences,Xiamen U niv er sity,Xiamen361005,China)Abstract:Impor tant pr ogr ess in flower g enetic eng ineer ing,including impr ovement of t he color,shape,flow er ing time and so on,has been made in the past ten y ear s.Some transg enic flow ers have been commercially r eleased.A dvances in this field hav e been due to the isolatio n and cloning of many import ant reg arding genes and the development of a r ang e of plant transformation technology,alo ng with appropriate tissue culture techniques for r eg enerat ing w ho le plants.Key words:g enetic engineering;flow er;flow er color;flower shape;florescence花卉新品种选育的传统途径主要包括以下几种:(1)引种驯化结合定向选择、培养,即引进外地栽培品种或野生品种甚至非观赏植物,经人工培养,使之适应新环境.在适应新环境的过程中产生变异,通过繁育特殊的变异个体定向选育出具有有利性状的新品种.这是一条迅速且经济的有效途径.(2)有性杂交育种.可利用亲本的性状互补原则,通过多品种、组合杂交或远缘杂交等选育出具有优良性状的新品种.(3)人工诱变结合组织培养,包括利用物理、化学、生物等因素诱导细胞发生遗传性变异,再通过组织培养快速繁殖,选育出新品种.这些传统方法至今仍具有难以替代的地位,但也有局限性.引种驯化、杂交选育历时长、变异频率低,难以突破物种间的生殖隔离;人工诱变具有很大的盲目性,有利变异频率不能满足人们的需求.自1987年Meyer et al[1]获得转基因矮牵牛以来,花卉基因工程迅速发展,并已成为花卉育种的新趋势.花卉基因工程通过抑制内源基因或导入外源基因而定向改造特定性状且不丧失原有性状,大大缩短了新品种选育的时间;而且可以突破种间不亲和的限制,将目的基因引入原来没有这种基因的物种,从而极大地改良花卉品质,甚至创造新品种.1 花卉目的基因的研究花卉品质性状包括花色、花香、花型、花姿、花期、花的大小、花的质感、抗逆性、适应性、环保性等[2].目前,目的基因的研究主要集中在花色、花型、花期等,其它方面较少[3].1.1 与花色有关的基因影响花色的因素包括色素(pigments)和辅色素(co-pigm ents)、液泡内pH、环境因子、金属离子、色素细胞的形状和分布等,这些因素都受控于相应的基因[4,5].目前,有关与花色素代谢相关的结构基因的研究较多,有关多色素共着色、调节基因以及金属离子的螯合等对花色影响的报道较少.1.1.1 与三大类花色素合成相关的基因 决定花卉颜色的色素主要是黄酮类色素(flavonoids)、类胡萝卜素(carotenoids)和生物碱(alkaloids).收稿日期:2002-08-26基金项目:福建省科委资助项目(99-Z-115).作者简介:吴晓梅(1971-),女,硕士.研究方向:植物细胞分子生物学.326福建农林大学学报(自然科学版)第32卷(1)黄酮类色素的合成及其相关基因.黄酮类色素主要积累在花瓣表皮细胞的液泡内,是花和果实的主要色素,其生物合成可分为2个阶段[6].第1阶段主要形成稳定的花色素-3-糖苷(anthocyanin),如呈粉红-红色的矢车菊色素苷(cyanin)、呈橙黄-砖红色的花葵色素苷(pelargonin)、呈紫罗兰-蓝色的翠雀素苷(delphinin)以及芍药色素苷(peonin)、锦葵色素苷(malvin)、矮牵牛色素苷(petunin)等.第2阶段则将第1阶段产物进行5-糖基化、酰基化、甲基化.如回回苏(Perilla f rutescens var.cr isp a)所含的丙二酰紫苏苷红色素(malonyshisonin)即是由矢车菊素-3-糖苷通过葡糖基的6′′-O对-香豆酰化和5-糖基化形成矢车菊素-3-O-(对-香豆酰基)葡糖基-5-O-葡糖基,再在5-O-葡糖基的6′′-O上发生丙二酰转移形成的[7].在多色素共着色形成的复合物中,5-糖基化比3-糖基化的色素更稳定,花卉颜色更多是由它们决定. 5-糖基化可使花卉颜色从暗紫或纯红转变为亮红紫色,如紫苏(Perilla)和马鞭草(Ver bena)的花色素是5-糖基化的.因此UDPG-花色素苷5-O-葡糖基转移酶(U DPG-anthocyanin5-O-g lucosyltransferase,5GT)对于花色尤其是紫色的产生非常重要[7].黄酮类色素生物合成第1阶段所有酶的结构基因和一些调节结构基因活性、色素空间和时间积累的调节基因(如矮牵牛的AN1、A N2、AN10、AN11,金鱼草的ROSE A等)[6]以及第2阶段部分酶(如5GT)的基因已克隆[8].但第2阶段某些重要的酶如丙二酰转移酶(malony l transferase)的基因和其它调节基因还未克隆.DFRs对不同底物的结合由其分子中底物结合区的氨基酸序列所决定,结合区中单个氨基酸的改变可影响其对底物的结合,从而改变花色.如将野生型非洲菊(Gerbera)的DFR第134位asp突变为leu,突变体DFR不能还原DHM,F3′5′H还原DHK形成的无色DHM积累,使花由紫色变为白色[9].DFR基因的失活抑制花色素苷形成,使液泡内黄酮、黄酮醇等辅色素累积,这有利于蓝色的形成[10].DHK在F3′H 和F3′5′H催化下分别形成DHQ和DHM,编码该酶的基因H f1或H f2的表达都能使花色素苷生物合成途径趋向于产生蓝色的翠雀素糖苷.一些环境因子(如授粉和光照)可作为信号在转录水平上调控花色素基因的表达,诱导黄酮类色素的生物合成.如堇菜属的角堇(Vialo cornuta),在开花后5-8d内花色从白色变成淡紫最后变成深紫[11].授粉在这一过程中起到了关键作用,人工去雄后未授粉的花朵保持白色,而正常自花授粉或人工异花授粉的花朵均变色.花粉中所含的许多物质如生长素(auxin)、寡糖(oligosaccharide)、茉莉酸甲酯(m ethyl jas-monate)、类油菜素内酯(brassinosteroid)等可诱导花青素生物合成途径中关键酶基因转录[12],使花色改变.光可诱导花青素的合成,植物中的光受体接受光信号并进行信号转导,最终激活花青素类生物合成关键酶的基因.目前已鉴定出许多这种光调控基因的启动子中的光反应元件(LREs)[13].(2)类胡萝卜素的生物合成及其相关基因.花瓣中存在的多为B-胡萝卜素和堇菜黄质,它们常与噢口弄结合使花瓣(如月季、水仙和郁金香)、叶片和果实等呈黄色及橙色.类胡萝卜素生物合成途径已清楚[14],其中GGPS是催化异戊烯焦磷酸(IPP)转化为 牛儿基 牛儿基焦磷酸(GGPP)的限速酶,其活性高低影响类胡萝卜素和其它产物的合成.主要酶类(PSY、PDS、ZDS、GGPS)的基因已被克隆,但目前还未获得转类胡萝卜素的转基因花卉.(3)生物碱及其相关基因.色素中的生物碱包括甜菜碱(betalains)、小蘖碱、罂粟碱.它们的生物合成途径已了解清楚[15],关键酶的基因也克隆到一些,但还未见利用于花卉基因工程的报道.1.1.2 影响液泡pH值的基因 仅仅将矮牵牛的蓝色基因(H f1/H f2)转入玫瑰,并不能得到蓝色的玫瑰.植物分子遗传学研究表明,液泡内的pH值也是影响花卉颜色的重要因素之一.pH较低时,花趋向于红色,较高时趋向于白色,接近7时呈现蓝色.已从矮牵牛中分离到6个调控植物pH的基因即p H1∽p H6[16],这使人们获得蓝色花卉的希望更大了.另外,花色苷合成的一些调节基因如A N1、A N2、A N11等也会影响液泡pH[17].1.2 与花型有关的基因花器官的分化主要由花器官特异基因(org an identity gene)控制,也受温度和光照的影响[18].这些花器官特异基因多属于同源异型基因(homeog ene),可分为4大类[19,20]:A.控制第1、2轮,即萼片和花瓣;B.控制第2、3轮,即花瓣和雄蕊;C.控制第3、4轮,即雄蕊和心皮;D.控制胎座和胚珠.每一类同源异型基因对邻近的2个轮起作用.研究发现,这些同源异型基因具有168bp 的保守序列-MADS 盒,此盒编码61个氨基酸.这些同源异型基因编码的转录因子作用于靶基因启动子中CarG 序列,从而调节靶基因的表达,主要是在植物从营养生长向生殖生长转变、花序分生组织向花分生组织过渡及花器官发育中起开关作用,从而决定花器官的性状[21].现已克隆出大量同源异型基因,如AP 3、A G 、DE FA 、CA L 、L FY 1、CEN 、FL O 、SQUA 、UFO 、CL V 1、FBP 2、FB P 11、FBP 7、CYC 、DI CH 、R AD 、DI Y 、CM B 2[22-32],对它们的功能及突变体表型的研究也较为深入,这为基因工程改变花型奠定了基础.若Cy C 和DI CH 都发生突变,将使金鱼草等的花瓣从两侧对称变为辐射对称[30],而FL O 的突变体则形成重复的花序而不能形成花[26].1.3 与花期有关的基因开花是植物从营养生长向生殖生长转变的过程.一般花发育过程如下:营养分生组织→花序分生组织→花分生组织→花器官原基→花器官的形成.花发育的分子遗传学研究表明,植物开花由植物内部的各种开花相关基因调控,与环境因素(主要有温度和日照长度)以及植物自身的生长状况有关,环境因子作为一种信号,可诱导相关基因的表达.调控花形成的基因[33-36]主要是花分生组织特异基因(flow er -m eristem -specific genes)、器官特异基因(organ-specific g enes)和开花时间决定基因(flowering-time g ene).花分生组织特异基因主要控制茎端分生组织向花序分生组织转变,促进花序分生组织产生花分生组织,如拟南芥菜中已克隆到的LFY 、A P 1、A P 2、CA L 、UFO 等.这类基因的突变可影响花的着生部位,也可影响开花时间.如将LFY 基因与CaM V35S 启动子连接,导入拟南芥,大多数转基因植株侧生枝被单朵花取代,主茎也形成了花,且开花时间早于野生型;转入杨树,则开花所需时间由原来的8-10a 缩短为6-7个月[24].器官特异基因控制花分生组织产生花器官原基,主要控制花的器官发生.开花时间决定基因(flow ering -time gene ),可以不受环境因子的影响.它们的表达可激活花分生组织特异基因,从而影响开花[36].开花时间决定基因可分为促进基因(如已克隆到的ADG -1、CO 、FPF -1、DET 2、FCA 、FH A 、FT 、FVE 、GA 1、GA L 、GI 、L D 、PGM 、P H YA )和抑制基因(EM F 、CCA L 、CL F 、EL F 3、L H Y 、P H YB 、SPY 、T FL 1、W L C 、ESD 4).其中,EM F 最为重要,突变体emf 1、emf 2甚至可不经过营养生长而直接开花[26].1.4 与花卉衰老相关的基因花衰老时,许多相关基因(senescence -associated gene ,SAG )[37]表达显著加强.已克隆到许多SA G s ,它们主要编码一些蛋白酶、RNA 酶、ACC 氧化酶、脂肪酶、过氧化氢酶等,从而引起光合效率的下降、蛋白质的降解、脂类的过氧化、核酸分子降解、总RNA 水平下降、细胞膜系统破坏等,最终导致花卉死亡.花卉的衰老是一程序性过程,SA G s 的表达与花卉自身生长状况有关.和其它生理过程一样,衰老也受许多环境因子诱导,如营养亏缺、病原物入侵、缺水、光照和温度失常以及一些化学物质(如O 3、乙烯等).研究表明,乙烯、ABA 、水杨酸、Ca 2+等可作为信号传递分子[38].乙烯与花卉衰老密切相关.花卉衰老的最初反应之一就是自动催化产生乙烯,产生的乙烯又进一步促进衰老.参与乙烯生物合成反应的所有酶基因均已从多种植物包括一些花卉中被克隆、鉴定,并应用于花卉抗衰老的研究.ACC 合成酶是乙烯合成反应限速酶,编码该酶的基因是一多基因家族,各成员的表达具有组织特异性.在康乃馨花器官中,该基因家族的3个成员分别在花柱(DCACS 2、DCACS 3)和花瓣(DCACS 1)中特异表达[39],它们的表达受相应因素诱导,包括各种化学物质(如生长素、外源乙烯、Li+等)、授粉.许多花粉含有高浓度形成乙烯的前体ACC ,所以授粉引起乙烯产量明显提高从而促进花衰老.2 改良花卉品质的基因工程策略利用各种基因工程手段已获得一批转基因花卉,如矮牵牛(P etunia )、香石竹(Dianthus )、草原龙胆(Eustoma )、菊花(Dendranthema )、百合(Lilium )、玫瑰(Rosa )、郁金香(T ulip a )、非洲菊(Gerbera )等.总的来看,基因工程改良花卉品质是通过抑制、增强或引入控制目标性状物质生物合成的关键酶基因而实现.327第3期吴晓梅等:花卉基因工程研究进展328福建农林大学学报(自然科学版)第32卷2.1 反义RNA(antisense RNA)技术反义RNA可在DNA复制、转录和翻译水平上部分或全部地抑制目的基因的表达,导致中间产物积累,性状改变.(1)用于花色改良.将矮牵牛花CH SA的反义RNA与CaM V的35S启动子连接,再接到双元载体Bin19上,转化矮牵牛,抑制矮牵牛CH S基因的活性,造成无色底物累积,再生的转基因植株花色从原来的紫色变成了粉红色并夹杂白色,有些花朵呈全白色[40].将F3H基因的反义RNA导入红色康乃馨,使其花色从红色变成白色[3].(2)用于花型的改良.将从矮牵牛花中克隆到的同源异型基因f bp2的cDNA与CaMV35S启动子和NOS3′终止子融合,通过农杆菌导入烟草,使其在雄蕊上产生花瓣[41].(3)用于花期改良.将拟南芥L FY的cDNA转入菊花,使有些菊花花期提前60多天[42].(4)用于延长花卉寿命.抑制乙烯生物合成关键酶如ACC合成酶是延长花卉寿命的主要途径.将ACC合成酶反义基因导入香石竹,使其观赏寿命延长2倍[43].2.2 核酶(ribozym)技术核酶可特异性地切断mRNA分子,使基因发生转录后的沉默.将特异的核酶导入花卉细胞内使其抑制控制目标性状的关键酶基因的表达,达到改良的目的.但这方面成功的例子很少.2.3 共抑制法(co-suppression)共抑制法,也称有义抑制法(sense suppression),通过导入1个或几个内源基因额外的拷贝,引起该内源基因与导入的基因一起发生转录后的基因沉默,即产物mRNA被降解而不能积累,进而抑制该内源基因的表达.该技术在矮牵牛和菊花的花色修饰方面取得了成功.将从矮牵牛花瓣中克隆到的CH SA基因导入矮牵牛,使原来单纯呈紫色的矮牵牛花变成白或紫白相间,而且相间方式多种多样,更有趣的是在同一植株上,会开出各类花[44].2.4 导入一个或几个目的基因以增强酶活性,从而使植物性状改变植物体内缺乏某一种或几种关键酶基因,或者基因发生突变是其不能表现某一性状的主要原因.如自然界中的石竹、菊花、蔷薇等重要花卉没有真正开蓝花的,由于它们没有编码F3′5′H的活性基因[3].澳大利亚Florigene公司和日本Suntory公司正在合作生产蓝色康乃馨,通过将矮牵牛编码F3′5′H和DFR的基因转入白花康乃馨[45].矮牵牛的DFR不能有效还原自身DHK产生天竺葵素,所以自然界中的矮牵牛花色没有橙黄-砖红色.将玉米编码DFR的A1基因导入矮牵牛RL01中,将其DHK还原形成天竺葵素,使矮牵牛白花变成砖红色花[1].导入正义基因以增强原有酶的合成也是基因工程改良花卉性状的常用手段.如将乙烯生物合成途径中的ACC脱氨酶、SAM水解酶的正义基因导入花卉,可明显抑制其衰老[46,47].3 展望尽管利用基因工程技术改善花卉的色、香、型等品质已取得了重大进展,但距离大规模品种改良还很遥远,真正开始商品化生产还很少.目前在花卉基因工程研究中存在的问题主要包括:分离鉴定到的目的基因少,许多重要性状的基因(如香味生物合成途径中许多关键酶基因、部分花色调节基因等)尚未分离出来,导致新品种培育受限;有关基因对性状的控制研究不够,这主要是由于许多性状都由多基因决定且基因表达的时间难以控制;受体系统转化频率低,基因型依赖性强;外源基因的插入具有随机性,尤其是通过农杆菌介导的T-DNA整合不稳定,植株后代遗传不稳定,而且有可能影响其它代谢;操作方法不够简便.随着更多目的基因的分离及基因表达调控研究的不断深入、遗传转化技术的改进等,将有可能对花卉整个生物合成途径进行遗传操作,基因工程对花卉的品质改良所具有的巨大潜力将得到更好的发挥.参考文献:[1]M EY ER P,HEIDM AN N I,FOR KM A N N G,et al.A new petunia flow er co lor generated by transfor mation of a mutantw ith a maize gene[J].Nature,1987,330:677-687.[2]何生根.切花品质的生理生化基础[J].植物生理学通讯,1997,33(1):66-70.[3]T AN A K A Y ,T SU DA S ,T K U SU M I T .M etabolic engineering to modify flow er color [J ].Plant Cell Physiology ,1998,11:1119-1126.[4]A SEN S .A nthocy anin ,flavonol copig ments ,and pH responsible fo r larkspur flow er colo r [J ].Phytochemistry ,1975,14:2677-2682.[5]BROU ILL A RD R.T he in vivo ex pr essio n o f anthocy anin colo r in plants[J].Phytochemistry ,1983,22:1311-1323.[6]D OON ER H K ,ROBBIN S T P .Genetic and develo pmental co ntr ol of anthocyanin bio synthesis [J ].Ann Rev Genet ,1991,25:173-199.[7]G ON G Z Z ,Y AM AZA K I M ,SU GIY A M A M ,et al .Cloning and molecular analysis o f structur al genes invo lved in an-thocyanin biosynthesis and ex pressed in a for ma-specific manner in P er illa f r utescens [J].Plant Mol Biol ,1997,35:915-927.[8]Y A M A ZA KI M ,GO N G Z Z ,M IZU T A N I M F ,et al .M olecular cloning and biochemical characterization of a nov el an-thocyanin 5-O-g luco sy ltransfer ase by mRN A differential display fo r plant fo rms reg ar ding anthocyanin [J].Biol C hem ,1999,274(11):7405-7411.[9]ERIC J,JO HN SON E,SU N HYO R ,et al.A lter ation of a single amino acid changes the substr ate specificity of D FR[J ].The Plant Journal ,2001,25(3):325-333.[10]RY U T A RO A ,KU M I Y ,T A DA O K ,et al .Copig mentation giv es bluer flow ers on transg enic tor enia plants with theantisense dihydroflavonol-4-reductase gene [J].Plant Science ,2000,160:49-56.[11]F AR ZA D M ,GR IESBA CH R ,WEISS M R .Floral co lor chang e in V iola cornuta L .(Violaceae ):a mo del system tost udy r eg ulation of anthocyanin pr oduction[J].Pl ant Science ,2002,162:225-231.[12]O ′N EIL L S D .Pollination regulation of flo wer dev elopment [J ].Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol ,1997,48:547-574.[13]CHA T T OPA DHY AY S,A N G L ,PU EN T E P,et al.A rabidop sis bZIP protein HY 5dir ectly inter acts w ith lig ht-re-sponsive pr omoter s in mediating light control of gene expression [J ].Pl ant Cel l ,1998,10:673-683.[14]LA DY GI N V G.Cur rent state of carotenoid biosynthesis in chloroplast s o f eucar yotes[J].Zh Obshch Biol ,2002,63(4):299-325.[15]FA CCHIN I P J.A lkaloid biosy nthesis in plants:biochemistry ,cell biology ,molecular r eg ulation,and metabolic engi-neering applications[J].Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol ,2001,52:29-66.[16]CHU CK G ,R OBBIN S T ,NIJJA R C ,et al .T ag ging and cloning of a petunia flower colo r g ene with the maize transpos-able element activato r [J].The Plant Cell ,1993,5:371-378.[17]M OL J ,G ROT EW OL D E ,K OES R .How g enes paint flo wers and seeds [J ].Trends Plant Sci ,1998,3:212-217.[18]CA T L EY J L ,BROO KIN G I R,DA V IES L J,et al.T emperature and irradiance effects on Sander sonia aurantiacaflow er shape and pedicel leng th [J ].Scientia Horticul ture ,2002,93:157-166.[19]COEN E S ,M EY EROW IT Z .T he w ar of the whor ls :genetic inter actions co ntr ol flower development [J ].Nature ,1991,353(1):31-37.[20]许智宏.P lant dev elopment and r epro duct ion :advances and pr ospectives [J ].植物学报,1999,41(9):909-920.[21]魏文辉,宋运淳,覃瑞.植物同源异型基因及同源异型盒基因的研究进展[J].生物化学与生物物理进展,2000,27(2):136-139.[22]JA CK T ,BRO CK M A N L L ,M EY EROW IT Z E M .T he hom eo tic g ene A PE T A L A 3of A r abidop sis thaliana encodes aM A DS bo x and is ex pr essed in petals and staments[J].C ell ,1999,68:683-689.[23]M IZU K A M I Y ,M A H .D eter mination of A r abidop sis floral mer istem identity by A GA M O US [J ].Pl ant C ell ,1997,9:393-408.[24]W EI GEL D ,NI LSSON O .A development sw itch sufficient for flow er initiatio n in div er se plants [J ].Nature ,1995,377:495-500.[25]BRA DL ER D,RA T CL IF FE J,W IN CEN T C,et al.Inflor escence commitment and architect ur e in A rabidop sis [J].Sci -ence ,1997,275:80-83.[26]LEV Y Y Y ,D EA N C.T he tr ansitio n to flow er ing [J].Plant Cell ,1998,10:1973-1990.[27]FU Y F ,M EN G F J .Gene regulatio n o f flow er ing tr ansition [J ].植物生理学通讯,1997,37(5):393-400.[28]FU Y F ,ZHA O D G ,HA N Y Z ,et al.F lor al homeotic g ene FBP 2regulates the ex pr ession o f perox idase in leaves[J].329第3期吴晓梅等:花卉基因工程研究进展330福建农林大学学报(自然科学版)第32卷植物生理学报,2000,26(4):293-296.[29]GU O F L,M EN G F J.Research pro gress on floral or gan development in Petunia[J].植物生理学通讯,1997,33(4):292-296.[30]L U O D,CA EP EN T ER R,V INCEN T C.Origin of flor al asy mmet ry in A ntir r hinum[J].Nature,1996,383:794-799.[31]CR ON D Q,M OL LER M.Genetics of floral sym met ry r evealed[J].Trends Ecol Evol,1997,12:85-86.[32]BA U D INET T E S C,ST EV EN SON T W,SA VI N K W,et al.Isolation and char acter ization o f the carnatio n flor al-spe-cific M A DS box g ene,CM B2[J].Plant Science,2000,155(2):123-131.[33]W EIG EL D,A LV A RW Z J,SM YT H D R,et al.L EA FY controls floral meristem identity in A r abid op sis[J].Cel l,1992,69:843-859.[34]SIM ON R,IGEN O M I,COU PL A N D G.A ctivation of flor al meristem identity g enes in A r abidop sis[J].Nature,1996,384:59-62.[35]雍伟东,谭克辉,许智宏,等.高等植物开花时间决定的基因调控研究[J].科学通报,2000,45(5):455-466.[36]安利忻,李毅,刘荣维,等.高等植物开花的基因调控[J].高技术通讯,1998,8(9):59-62.[37]WEA V ER L M,G AN S,QU I RIN O B,et al.A compar iso n of the ex pression patter ns of sev er al senescence-associatedgenes in response to stress and hor mone t reatment[J].Plant Mol Biol,1998,37:455-469.[38]JEN NI FER D,M IL L ER P,RICHAR D N,et al.Senescence-asso ciat ed g ene expression during ozone-induced leaf senes-cence in A r abid op sis[J].Plant Physiol,1999,120:1015-1024.[39]M ICHEL L E L,JON ES W,W IL LI AM R,et al.Differ ential expression of three member s of the1-aminocy clopropane-1-car box y late sy nt hase gene family in car nation[J].Plant Physiol,1999,119:755-764.[40]VA N D E R,K ROL A R,L ENT IN G P E,et al.A n antisense chalcone synthase gene in transg enic plants inhibits flo w-er pig mentat ion[J].Nature,1988,333:866-869.[41]于静娟,国风利,赵德刚,等.矮牵牛花同源异型基因f bp2的克隆及其对烟草花形态的影响[J].植物学报,1999,41(1):45-50.[42]邵寒红,李继红,郑学勤,等.拟南芥的克隆及转化菊花的研究[J].植物学报,1999,41(3):268-271.[43]A A NHA N E T,AF FR S D R,F L ORIG ENE B V,et al.Fir st rDN A flow er to debut in A ustralia t his summer[J].Biotechnology News,1995,15(14):3.[44]邵莉,李毅,陈章良.查尔酮合酶基因转化矮牵牛[J].生物学通报,1995,30(6):11-12.[45]ERIC J,JOHNSO N,HA N K Y,et al.Cymbidium hybrida D FR do se not efficiently reduce DHK to pr oduce or ang epelar genidin-ty pe anthocy anins[J].Short communication,the Plant Journal,1999,19(1):81-85.[46]KL EE R E.Isolation,sequencing,and expression A CP gene enco ding A CC deaminase[J].Bacteriol,1991,173:5260-5265.[47]F ERRO A J.Genetic contro l of ethylene biosynthesis in plants using SA M hydro lase[P].U nited States Patent:5416250,1995.(责任编辑:陈幼玉) 。