转基因番茄研究进展

转基因番茄研究进展
摘要：利用转基因技术培育，已经获得延熟、抗病、抗虫、抗逆、抗除草剂和品质改良的转基因番茄，并主要介绍转基因技术在这些方面的研究成果和研究进展，此外简单介绍了转基因番茄的优势及其展望。

关键词：转基因番茄进展
番茄（Lycopersicon eseulentem．Mil）是茄科( Solanaceae) 番茄属
( Lycopersicon) 的一年生或多年生植物，是世界上重要的蔬菜作物之一。

番茄需求量大，种植广泛，同时对其的遗传理论研究较为深入，番茄已经成为蔬菜基因工程研究的模式植物之一，且在1994年成为世界上第一例商品化生产的转基因作物——转基因延熟番Flavr-SavrTM，其由美国Calgene公司培育成功并获准进入市场。

其后几年利用转基因技术培育出抗病虫害、抗除草剂、抗逆和高品质的优良番茄品种。

番茄的基因转化技术主要采用农杆菌介导的基因转化方法。

此外，黄永芬等[1]利用花粉管导入法进行番茄的基因转化，将整合了抗冻蛋白基因的Ti 质粒直接注入番茄子房或花粉管中进行转化获得了抗冻番茄。

1．转基因番茄研究进展
1．1 延熟转基因番茄
目前利用基因转化技术延熟番茄有两种方法，一是抑制细胞壁的降解，二是抑制乙烯的合成，在防止其腐烂方面取得了较好的效果。

1．1．1 抑制番茄细胞壁降解的研究
细胞壁水解酶对果实的成熟有促进作用，通过抑制阻止细胞壁水解酶活性，可抑制果实细胞壁的降解，延缓成熟与衰老。

主要包括两类酶，一类是多聚半乳糖醛酸酶(PG)，可将细胞壁中的多聚半乳糖苷降解为低聚半乳糖苷，在果实成熟过程中，PG的mRNA水平可提高100倍。

叶志彪等[2]将PG基因的Hindfi 片段反向克隆在植物转化载体Bin19的花椰菜病毒( CaMV) 的35S启动子和3' 端非翻译区( nos) 终止子之间，经农杆菌与番茄无菌苗子叶外植体共培养，获得转化植株，这种转反义PG基因的番茄果
实中，PGmRNA水平及PG酶活性在果实成熟阶段明显降低。

另一类是果胶甲脂酶( PE) ，可将细胞壁中的果胶去甲基，使细胞壁软化，并减少果实中的可溶性固形物含量另一类是果胶甲酯酶(PE)[3]。

采用PE反义基因法( 反义RNA技术) 也可使番茄果实延迟成熟[4]。

1.1. 2 抑制番茄乙烯合成的研究
乙烯是植物的内源激素，其功能之一是催化果实的成熟。

若想降低乙烯合成量可通过降低乙烯的前体ACC合成酶和ACC氧化酶在番茄果实中的水平或活性。

Oller等[5]将ACC合成酶的基因LE-ACC反向插入载体后转化番茄，乙烯合成降低了99. 5%。

Xiong等[6]通过抑制不同的RNA，得到了延熟长达120d的番茄。

叶志彪[7]等将乙烯合成酶反义基因导入到番茄中，创建了转基因耐贮藏番茄材料，并结合常规育种选育出耐贮藏杂交番茄——华番1号。

仇润祥等[8]构建了ACC合成酶LE-ACC的反义基因——核酶嵌合DNA的重组质粒PREI，转基因番茄也表现出了抑制ACC mRNA的表达。

1.2抗病抗虫转基因番茄
1. 2. 1抗病毒转基因番茄的研究
烟草花叶病毒( TMV)、黄瓜花叶病毒( CMV)、黄化卷叶病毒( TYLCV)、苜蓿花叶病毒( AIMV) 和番茄斑萎病毒( TSWV) 等是危害番茄的主要病毒，造成大量的减产。

目前主要采用转病毒外壳蛋白( CP) 基因的方法获得抗病毒植株。

Abel 等[9]首次将烟草花叶病毒( TMV) 外壳蛋白( CP)基因转入烟草和番茄培育出能稳定遗传的抗病毒植株。

Tumer等用苜蓿花叶病毒(Alfalfa Mosaic Virus，AIMV)外壳蛋白基因序列转化的番茄植株作试验，其自交后代对AIMV 感染表现高水平的保护抗性[10]。

姜国勇等双抗表达载体的构建及番茄的转化鉴定，利用天然花粉蛋白基因(TCS)和GUS基因偶联，通过农杆菌介导，获得了TCS—GUS基因双双表达的再生植株，转基因植株对TMV和CMV均表现出较高的抗性。

1987年，Harrison等首次将CMV的satRNA的cDNA转入番茄，获得了世界上第一株抗CMV的转基因番茄。

Gal-On等将CMV的satRNA和复制酶(replicase)基因导入番茄，也获得了抗CMV的转基因番茄[11]。

2007年，
Takenaka等通过设计出一种六指的锌指蛋白，比蛋白具更高亲和力，可以阻止黄化曲叶病毒的蛋白与复制起始位点的结合，也能抑制的复制，但并未进行转入植物的验证实验。

目前，病毒外壳蛋白基因、卫星RNA基因、反义RNA基因等都是获得抗病毒番茄的候选基因。

此外，人们还试图从病毒蛋白基因、核酸裂解酶基因、病毒复制基因等方面寻找更好的抗病毒新途径。

1.2.2 抗真菌、细菌转基因番茄的研究
晚疫病和枯萎病是常见的植物被真菌、细菌感染后所得的疾病。

番茄抗真菌、细菌病转基因主要是利用植物几丁质酶基因转化番茄[12]。

Thomzik等[13]将两个来源于葡萄的合成1， 2-二苯乙烯的酶基因Vst1和Vst2导入番茄中，之后再与晚疫病真菌共培养，结果在番茄植株体内产生了1， 2-二苯乙烯的后继产物植保素——反式白黎芦醇，这种番茄植株能抗晚疫病。

2000年，陆瑞菊等[14]通过农杆菌介导将水稻几丁质酶基因导入番茄中，得到转基因植株，导入的基因即npt II、bar和几丁质酶基因在子一代以3：1的比例分离。

2002年任青梅等[15]采用农杆菌介导法将细菌几丁质酶基因转化番茄子叶，获得了抗卡那霉素的转化植株，PCR检测细菌几丁质酶基因已整合到番茄的基因组。

2000年，田长恩[16]等用花粉管通道法将柞蚕抗菌肽D基因转入番茄，分子分析表明该基因已整合到番茄基因组中。

大田接种试验显示，部分转基因植株的子一代具有较强的抗青枯病能力。

在抗细菌转基因番茄的研究中，Tansley等从秘鲁番茄中克隆出抗细菌斑点病病菌的基因pto，该基因编码的产物是色氨酸/ 苏氨酸激酶型的蛋白质，可与该菌非毒性基因产物作用。

大田接种实验显示，转pto基因的番茄植株能抗细菌斑点病[17]。

1.2.3抗虫转基因番茄的研究
目前用于提高番茄抗虫性的基因主要有四种：一是来源于苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)的б内毒素基因，简称Bt 基因；二是来源于一些高等植物蛋白酶抑制因子基因，简称PI基因；三是来源于小麦或者菜豆（BAAI）的淀粉酶抑制剂基因；四是来源于雪花莲(Snowdrop)的外凝集素基因(1ecctin)。

Bt基因表达产物可在昆虫体内分解为毒性多肽，对50多种鳞翅目害虫有毒杀作用，且对脊椎动物无毒性。

经修饰后的毒蛋白毒性更高，用转б-内毒素基因的方法在多种作物中均已获得较好的抗虫效果[18]。

美国Monsanto公司研究人员[19] 1987年报道的将Bt．KurstakiHD—B缺失的CrylAd导入番茄，转基因植株对烟草天蛾、烟草夜蛾、番茄果蝇螟显示出了不同的抗性。

将BAAI
导人豌豆中，抗豆象(Callosobruchusspp．)的能力增强了。

这种淀粉酶抑制剂是通过阻断幼虫中肠的进食而起作用的。

Williamson等将野生番茄品种的抗线虫基因Mi转入普通番茄中，转化的植株能抗根结线虫。

2000年吴昌银等[19]将含有雪花莲外源凝集素基因(GNA)的质粒pRSSGNA通过冻融法转化到根癌土壤杆菌菌株LBA4404中，采用叶盘法转化番茄获得了含GNA基因的43株转化植株，并初步证明了转化植株有一定抗蚜虫效果。

1.3抗逆转基因番茄
1.3.1抗冻转基因番茄的研究
首例通过转基因提高番茄抗逆性成功的报道在1991年，Hightower等[20]利用农杆菌介导法将比目鱼体内的抗冻蛋白基因转入番茄，这种转基因番茄的组织提取液在冰冻条件下能有效阻止冰晶的增长。

转基因植株经温室鉴定，抗冻能力明显提高。

黄永芬等[21]采用花粉管和子房注射将美洲拟鲽afp基因转入番茄，转基因植株的致死温度比对照降低2℃。

1.3.2抗旱、抗盐碱转基因番茄的研究
干旱与盐碱对植物生长的影响都是渗透胁迫。

一些植物在受到盐胁迫和病原体等侵犯时，体内的草酸氧化酶大量积累，并能通过其催化的反应产物
H2O2，诱导促使植物的系统抗性增加。

根据这一原理，Dessalegne等[22]将草酸氧化酶基因转入番茄中，得到的转基因番茄在盐胁迫情况下其产量高于对照。

Zhang等[23]在番茄植株中超量表达液泡Na+/ H+反向转运蛋白，结果转基因番茄能在200mM的NaCl 高盐溶液中生长、开花并结果。

王淑芳等[24]采用PCR
方法从E. coliTG1菌株中扩增得到胆碱脱氢酶( cholinedehy-drogenase， CDH) 基因( betA) ，转化番茄获得的植株的耐盐性明显高于对照番茄。

Hsieh等[25]证实将拟南芥C重复/ 脱氢反应结合因子1( CBF1) 基因转入番茄，结果比野生类型具有更强的抗旱性。

在进一步的实验中，Lee等[26]利用CaMV35S启动子在番茄中表达拟南芥的CBF1基因，在逆境条件下，可提高植株对冷害、干旱及盐胁迫的适应。

1.4抗除草剂转基因番茄
目前常用的获得抗除草剂转基因植株方法是克隆经过修饰的靶酶基因使其对除草剂不敏感或使靶酶超量表达。

此外还可以转入能降解除草剂的酶的基因。

1987年Block等[27]用从潮湿链霉菌中分离的乙酰转移酶(PAT)bar基因转番茄对草丁膦有抗性的番茄植株。

草丁磷乙酰转移酶PAT可使草丁膦自由氨基乙酰化而使其失活，获得的转基因植株可以耐受，20L／hm2的草丁膦。

1988年Fillattim[27]从沙门氏菌中分离出突变的EPSP合成酶基因Aro转化番茄，得到的转基因番茄植株和后代对草甘膦均具有抗性。

1.5番茄的品质改良
1.5.1 番茄的甜度改良
增加番茄甜度的主要方法有：一是将酸性转化酶的反义cDNA转入番茄中，另一种是将甜味蛋白基因转入番茄中。

Klann等将酸性转化酶的反义cDNA转入番茄中，酸性转化酶可催化蔗糖分解为葡萄糖和果糖，在蔗糖代谢中起重要作用，获得的转基因番茄生长状况与普通番茄相同，但蔗糖的含量增加，果实比对照果实小 30％。

Penarrubia等用果实特异性表达启动子和植物组成型启动子将甜蛋白的基因转入番茄中，得到有甜蛋白表达的番茄，甜蛋白与蔗糖摩尔甜度比为1：100000 甜度热。

这种番茄热量低，不易被细菌利用，对糖尿病、心血管疾病患者是很好的糖替代品[28]。

1.5.2 胡萝卜素含量
类胡萝卜素含量是番茄品质和营养价值高低的主要标准之一。

Drake等[29]将番茄红素合成酶基因的密码子中的第3个碱基进行修饰后，由CaMV的 35s 可控启动子和NOS序列等整合在质粒载体Prd13上转化番茄，使番茄红素得到了超量表达。

1.6番茄雄性不育的培育
培育番茄雄性不育的主要原理是：通过导入外源基因，在特殊启动子的调控下，干扰、抑制花粉的正常发育或表达毒性基因破坏花粉发育，来获得雄性不育系。

1915年，Crane首次在番茄上发现雄性不育现象，Mariani等[30]将P-TA29特异启动子和糖核酸酶基因Barnase连接导人番茄，培育出雄性不育的工程植株，为杂交制种提供了方便。

张宏等[31]首先获得了番茄的基因工程雄性不育株。

他们利用TA292 barnase基因，用根癌农杆菌介导法，以子叶为受体，获得了番茄的雄性不育转基因植株。

2002年白玲等[32]利用农杆菌介导法，将雄性不育基因bamase转入番茄佳粉l号和佳粉15号，并获得花粉完全丧失活力的转基因植株。

2．转基因番茄的展望
番茄的基因转化研究开始由单一的性状基因研究到多个性状基因的研究转变，并且向生产医药保健方向发展。

随着转基因番茄研究的不断深入，会在异源蛋白质，如疫苗、酶、单克隆抗体、激素等显示出巨大潜力，可将药品的生产省去繁琐复杂的步骤。

此外，由植物生产的抗原作为食物时引起的人体免疫应答比注射疫苗产生的反应更强。

随着转基因技术的深入研究和对番茄的不断研究，其在育种领域会发挥传统育种无法企及的优势，加快番茄品种的改良和新品种的研发，。

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