小麦转基因技术的研究现状

1.小麦转基因技术的发展方向

答：利用现代基因工程技术进行小麦的品种改良是当前小麦育种的一个新方向。其主要手段是利用生物及物理化学等手段，将外源基因导入植物细胞以获得转基因植物的植物转基因技术.对于小麦的遗传转化已发展的方法主要有PEG 法、电激法、离子束介导法、花粉管通道法、基因枪法及农杆菌介导法等，转化的基因也从最初的报告基因扩展到抗病虫害基因、抗逆基因、抗除草剂基因和品质相关基因等。

作物转基因育种和常规育种相比具有明显的发展优势，因为它不仅极大地拓宽了育种的基因来源（如动物、植物、微生物和人工合成），而且可以实现高效精确的遗传改良，更为重要的是抗病虫等转基因育种的发展将有效减轻农田的环境污染。未来几年，小麦转基因技术的发展方向可归纳为以下四点：

(1)小麦转基因技术的发展还不够成熟。目前，国内仍以花粉通道法为主进行小麦转基因研究，但是由于花粉管通道法的遗传转化的效率还较低，而且外源基因整合的随机性很强等明显的缺点还是限制了其发展速度。基因枪法的不足是成本昂贵、转化率因受体材料基因型不同变化较大、外源基因拷贝数高，而且转基因时插入片段的确定性较差。农杆菌介导法也因为受基因型的影响很大，所以在小麦转化中效率较低，转基因的方法还不够成熟。在组织培养方面，小麦胚性愈伤组织的获得还比较困难，实验的成功与否在很大程度上依赖于研究者的经验这也是限制小麦转基因发展的重要因素。总的来看，农杆菌介导法小麦转基因研究已经取得一些初步进展，而且其发展速度很快，未来几年内关于农杆菌介导法小麦转基因的研究将会迅速增加。不过，以花粉管通道法和粒子束介导法为主的DNA直接转化技术在近几年内将仍占主导地位。

(2)小麦转基因育种的功能基因还非常有限，可用于小麦转基因育种的功能基因，特别是控制小麦重要性状的功能基因还非常有限，这是限制小麦转基因育种发展的主要因素。比如抗虫转基因育种中，目前可以利用的主要是Bt 基因、蛋白酶抑制剂基因和外源凝集素基因等非常有限的几种；改善品质的基因目前仍主要局限于高分子量谷蛋白亚基基因等有限的范围内等。所以，未来关于小麦功能基因的深入研究和开发将仍是研究的重点，特别是那些与高产、优质、抗逆性、株型、高光效密切相关的基因将是研究的热点。

(3)转基因小麦的生物安全性仍是研究重点。转基因小麦的生物安全性可分为生态安全性和食品安全性两类：生态安全性主要表现在转基因的飘移方面，食品安全性主要集中在标记基因的水平转移和表达产物是否会对食用这产生副作用方面。所以，关于如何最大限度地消除转基因小麦可能带来的生物安全性风险将是很长一段时间转基因小麦研究的重要方向。目前，国内外已经开展了一系列的相关研究，已设计了一系列安全性转基因育种的分子策略。需要特别指出的是，转基因小麦和其它转基因作物一道必将得到快速的发展，而且会向着精确性、高效性和多样性的方向转变，小麦转基因育种将和常规育种有效结合，为人类提供更加安全优质的小麦产品。

(4)转基因育种是分子育种的主要途径之一。我国“十一五”科技规划把分子育种作为重点领域，确定为育种理论与育种技术创新发展的方向。因此，加强主要农作物重要性状功能基因研究，获得具有知识产权的功能基因是实现分子育种自主创新的关键，也是转基因育种的重要基础。小麦作物我国第二大作物，在国家粮食安全中占据举足轻重的地位，也是遗传背景比较复杂的多倍体作物，外源基因功能表达难度更大，分子育种的技术要求更高，应从理论与技术方面进一步加强研究，才能实现理论与技术的突破。

2.如何突破小麦转基因技术的瓶颈？

答：目前小麦转基因技术遇到了瓶颈，因此，小麦新品种的培育依然主要靠常规育种。由于常规杂交育种周期长、手段单一、种间杂交困难，而且效率较低、预见性差，致使杂交后代遗传背景狭窄、选育难度增大，使小麦育种水平难有突破性提高，育种进展缓慢，但近几年也逐步取得了一些可喜进展。引起小麦转基因技术研究滞后的因素很多,其中,小麦的组织培养技术不过关可能是其难以取得突破性进展的核心和关键所在。

(1)除花粉管通道法以外,小麦上应用的其它转化方法都需要经过组织培养过程。而小麦愈伤组织的分化能力在很大程度上是受基因型影响的,这使小麦转化材料的选用受到了很大限制,造成目前转基因材料都集中在少数几个基因型,而这些基因型在生产上已被淘汰或应用很有限。育种上要利用这些外源目的基因,目前还只能采用传统的常规育种方法如回交、杂交等方法将其转育到生产上推广的优良品种中,造成了人力、物力的浪费。

(2)农杆菌转化法相对于其它转化方法来说具有转化频率和再生植株的可育率高、可转移较大片段的外源DNA及导入的外源基因拷贝数较低等优点,已成为目前大多数植物基因转化的首选方法。正是由于农杆菌转化方法的出现,植物基因转化的研究才得到了迅速地发展。在小麦上,虽也有成功的报道,但因农杆菌转化对组织培养技术依赖性强,目前获得的小麦转基因植株多是利用对组织培养技术要求不严的基因枪法,而基因枪法转化植物又有如前所述的诸多缺点。

(3)现今小麦转化基本上以幼胚、幼穗及其愈伤组织作为转化受体,取材受生长周期限制很大。成熟胚容易大量获得,但因其诱导的愈伤组织质量差、再生率低,在目前的小麦组织培养技术条件下还无法普遍用作转基因的受体,这可能也是造成小麦转基因技术滞后的一个因素。除组织培养技术不过关这个主要限制性因素外,其它如对基因枪法、花粉管通道法等转化条件缺乏系统研究,以致转化效率低,在过小的转化群体中难以选择到性状优良的目标植株;小麦为六倍体,基因组较大,容易引起外源基因的丢失和沉默;缺乏理想的表达载体和筛选标记基因以及小麦生长周期较长等也是导致小麦转基因技术研究落后的因素所在。

3.请你思考日本烟草公司发明的pure wheat转基因技术，其核心技术可能是什么？

答：我认为日本烟草公司发明的pure wheat转基因核心技术和花粉管通道法介导基因转化应该差不多。其原理是：植物在双受精完成后,受精卵细胞的初次分裂需要充分的物质和能量积累。此时期的细胞尚不具备完整的细胞壁和核膜系统,细胞内外的物质交流频繁。通过花粉管通道渗透进入胚囊的外源DNA片段有可能进入受精卵细胞,并进一步通过尚不明确的机制被整合进受体植物基因组中。

其操作程序大致如下：

基本程序包括:①外源DNA(基因)的制备;②根据受体植物受精过程及时间,确定导入外源DNA的时间及方法;③将外源DNA导入受体植物;④转基因植株目标性状的鉴定及分子检测。利用花粉管通道法导入外源基因通常有以下几种方法。

(一)花粉粒与外源DNA混合授粉法