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Rhodes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。

2 较高的遗传稳定性：

植物基因转化是将外源基因导入植物并使之整合、表达和遗传，从而达到修饰原有植物遗传物质、改造不良的园艺性状之目的，这就要求植物受体系统接受外源DNA后应不影响其分裂和分化并能稳定地将外源基因遗传给后代，保持遗传稳定性，尽量减少变异。

3 具有稳定的外植体来源：

因为基因转化的频率很低，需要多次反复试验，所以就需要大量的外植体材料，转化的外植体一般采用无菌实生苗的子叶、胚轴、幼叶等或采用可快速繁殖的材料。

4 对选择性抗生素敏感：

在基因转化中用于筛选转化体的抗生素称为选择性抗生素，其使用就是要求植物受体材料对所选用的抗生素有一定的敏感性，即当添加在选择培养基中的该抗生素达到一定浓度时能够抑制非转化体植物细胞的生长、发育和分化，而转化的植物细胞由于携带该抗生素抗性基因而能正常生长、分裂和分化，最后获得完整的转化植株。

5 对农杆菌侵染有敏感性但无过敏性反应：

目前用作玉米遗传转化的材料多为A188、B73 及其衍生系，或者是用其他玉米自交系配制的杂交组合。将外源基因导入这些材料后，尚需经过大量的回交转育工作才能将这些基因转入有育种价值的玉米自交系。如果将有用基因转入优良玉米自交系中，经分子检测证明其整合和表达后，就有可能作为新系直接配制组合，在生产上利用，这将大大加快基因工程改良现有玉米品种的步伐。1998年，周逢勇通过基因枪法将Bt基因转入玉米自交系

P9-10 并获得表达，从而建立起这个自交系的遗传转化体系[2]。

1、2玉米作为遗传试验材料的优点

1 生长期较短，繁殖速度快.节约时间。

2 具有多对容易区分的相对性状。

3 一次产生的后代多，产生的籽粒均在果穗上，容易准确统计。

1．3玉米遗传转化常用受体

1 愈伤组织再生系统：外植体经过脱分化培养诱导出愈伤组织，再经过分化培养获得再

生植株。

2 原生厦体再生系统：原生质体作为受体系统可直接进行转化，而且转化率较高，嵌合

体少。但是玉米的原生质体分离较困难，培养周期长，再生频率低，所以，目前已很少应用的较少。

3 种质系统：种质受体指转基因利用的受体是植物自身的生殖系统，如花粉粒、卵细胞。

4 直接分化再生系统：直接分化指叶片、幼茎等外植体细胞越过脱分化产生愈伤组织而

直接分化出不定芽获得再生植株。李学红等用玉米茎尖离体培养直接产生了雌雄花序[3]。

2 玉米遗传转化的方法

通过特定的方式将外源基因导入到受体细胞内，使之发生定向的、永久的变异，这是遗传转化中极其关键的步骤。迄今为止，玉米的遗传转化的方法主要有基因枪法、花粉管通道法、聚乙二醇介导法超声波介导法电激法子房注射法阳离子转化法以及于20世纪90

年代出现的农杆菌介导法。

2．1基因枪法

1987年，Comell大学的Sanford等人发明了火药式基因枪法，利用高速运动的金属离子将非特异的外源基因导入受体内；1989年Klein等首次获得转基因玉米，用基因枪法将GUS 和PAT）基因引入玉米悬浮细胞系；1990年，Cordon-Kamm等用基因枪法将GUS和PAT）基因引入玉米悬浮细胞系，并且获得可育的转基因玉米植株[4].Vain 等报道用基因枪转化玉米胚性细胞时高渗和脱水处理可以提高转化频率Koziel用基因枪将GrvLA(b)导入了一个优

良玉米自交系的幼胚中，转基因植株能高水平表达GrvLA(b)，在温室和大田栽培中表现出很强的抗玉米螟的能力，且在后代中稳定遗传.Dupuis 报道了以玉米幼雄穗为受体材料用基因枪轰击法将GUS和花色素苷合成酶基因el或Peru 转化给玉米，并在35S启动子驱动下在轰击后24h在幼雄穗中获得瞬时表达；1996年，Caimi用基因枪法将细菌的淀粉液化酶SacB基因转入玉米愈伤组织，获得可育转化植株，且转化基因能在子代中稳定遗传；1999年，李慧芬等用基因枪法成功地将Bt基因转入了玉米优良自交系F28，并研究了选择次数对转化效率的影响[5]。张秀君等构建了两个含高赖氨酸蛋白质基因cDNA的表达载体，用基因枪法将其导入玉米不同杂交组合的胚性愈伤组织，通过潮霉素筛选，经Southern杂交检测得到了转基因植株[6]。2000年，刘大文等将Z·Zm13-Barnase基因转化经高渗处理的Q31×Z3、Z31×Q31

玉米胚性愈伤组织，经过6轮的除草剂筛选获得32块抗性愈伤组织，再生得到24个植株；Southemblot分析证明。其中5个植株中整合有Barnse基因[7]。

基因枪法是玉米遗传转化的主要方法，基因枪法不受基因型的限制，但是外源基因整合的拷贝数多，且受体组织的类型对基因枪的转化有影响，有潜在分化能力的细胞的转化率高。2．2花粉管通道法

花粉管通道法,是在植物整体水平进行目的基因DNA片段的导人，直接获得转化种子，通过后代的筛选获得带有目的基因的片段。

1978(年,中国科学家周光宇先生首创并推广了花粉管通道法，他首先应用花粉管通道法在棉花基因转移上取得成功。1996年，杨利国等利用此花粉管通道法将广谱无毒抗病基因PYH157转入玉米自交系。由于玉米的花柱比较长，在外源DNA导入前必须对果穗进行整