转基因蔬菜研究的进展

http://www.bioon.com/bioindustry/foods/342879.shtml

来源 上海科教兴农网 2007-11-6

转基因蔬菜研究的进展
 

2009年，国内生物医药的突破之年。不仅有干细胞发现的新突破，还有转基因作物政策的新举措。

摘要：利用DNA重组技术将目的基因转入蔬菜中，培育成的蔬菜称为转基因蔬菜。它主要是用来选育具有特殊性状的蔬菜新品种。通过转基因技术人们能最大限度地利用感兴趣的外源基因。使蔬菜育种工作具有更强的针对性。本文综述了转基因蔬菜在抗病毒、抗虫、抗除草剂、延迟成熟及品质改良等方面的进展和现状，展示了基因转化技术在蔬菜品种改良上广阔的应用前景。

　关键词：蔬菜：转基因

　生物技术为培育高产、高抗、多抗、优良的新品种提供了科学的手段，特别是转基因蔬菜的研究，为蔬菜育种、病虫害防治及品种改良做出了巨大贡献。蔬菜转基因育种就是将转基因技术应用于蔬菜改良。蔬菜基因工程是在重组DNA技术上发展起来的一门新技术，它以分子遗传学理论为基础，综合了分子生物学、微生物学和植物组织培养等现代技术和方法，将外源目的基因经过或不经过修改，通过生物、物理或化学的方法导人蔬菜，以改良其性状，得到优质、高产、抗病虫及抗逆性强的蔬菜新品种。

　世界上第一个商业化的转基因植物品种就是转基因蔬菜，也就是1994年美国Calgene公司推出的转基因耐贮番茄品种FlawSaw，它是通过分离一个与乙烯代谢有关的氨基环丙烷羧酸(ACC)合成酶基因然后再将其反向(反义)导人番茄。从而抑制乙烯的合成，其果实长期保持绿色硬实，易于运输和贮藏。

   由于在一些蔬菜作物上建立了比较成熟的再生和转化系统，因而蔬菜作物的遗传转化进展较快。到目前为止，已进行转基因并获得转基因植株的蔬菜有番茄、马铃薯、胡萝卜、芹菜、菠菜、生菜、甘蓝、花椰菜、大白菜、油菜、黄瓜、西葫芦、豇豆、豌豆、茄子、辣椒、洋葱、石刁柏、芥菜等。所改良的农艺性状包括抗病、抗虫、抗除草剂、延熟保鲜及其它品质的改良等。所采用的转化方法有农杆菌介导的转化方法和DNA直接转移法，后者又包括PEG法、电击法、基因枪法、花粉管通道法、显微注射法、脂质体法等。

　1. 抗病毒基因的转化

　植物病害主要分为细菌病害、真菌病害和病毒病三类。病毒病一直是蔬菜生产最主要的病害之一，采用常规育种方法结合使用杀菌剂虽然取得了一定的成效，仍不能彻底解决病害问题且常规育种方法周期长，抗性资源有限，另外，大量使用杀菌剂除对蔬菜品质影响外，对环境也造成污染。随着现代分子生物学的发展及转基因技术的日益完善，为培育抗病品种，有效改良蔬菜提供了一条全新的途经。通过克隆与抗病有关的基因导入植物体内，提高作物的抗病性。

  目前，已获得许多抗病的工程植物。利用最多的一种方法是通过遗传转化将病毒外壳蛋白(CoatProtein，CP)编码基因转入受体细胞表达，这些病毒外壳蛋白在植物细胞中的积累，能够抑制侵染病毒的复制，从而减轻症状或推迟病毒发生的时间。Powell等利用此方法首次将烟草花叶病毒(TMV)外壳蛋白基因转入番茄获得了大量抗病毒番茄植株。这一方法被迅速应用于其它病毒和植物，至今已克隆了至少15个病毒组的3O种病毒的cp基因，并成功地转化了20多种植物，转基因植物对相应病毒均表现出不同程度的抗性。

   此外，病毒复制酶基因、病毒的反义RNA基因、病毒的卫星RNA及一些非病毒来源的基因，目前均有很大发展。宋艳如等构建了PVX+PVY+PLRV(卷叶病毒)双价外壳蛋白基因的表达载体，转化马铃薯并获得了转基因植株。

  1992年我国成功克隆黄瓜花叶病毒蛋白基因，建立良好的载体系统，并将其转入番茄品种内，首次获得抗黄瓜花叶病毒转基因番茄新植株。李华平等将黄瓜花叶病毒衣壳蛋白基因转入辣椒，获得了转基因植株。王慧中等通过农杆菌介导法将外源的西瓜花叶病毒2号(WMV-2)CP基因导入黄瓜，转基因的黄瓜已开花结果并获得子一代植株。转基因子一代植株对WMV-2表现出较强的抗性。

   毕玉平等构建了TMVcp和CMVcp双价植物载体，转化番茄，获得再生植株。通过点杂交、PCR检测和Southern杂交证实为转基因植株，且比对照植株表现出明显的抗性。郭亚华等利用发根农杆菌的Ri质粒介导的二元载体，将TMV．cp和CMV-cp基因导入甜椒中，经PCR、ELISA检测证明这两个基因导入甜椒植株并已表达。

   卢爱兰等以子叶柄为材料，通过农杆菌介导，将表达载体中芜菁花叶病毒基因导入甘蓝型油菜，并获得具有不同程度抗性的植株。现在人们利用外壳蛋白基因已获得的抗病毒蔬菜有：抗ALMV番茄、抗PVS马铃薯、抗CMV辣椒、黄瓜、马铃薯、番茄、甜瓜、抗WMVSMV大豆、甜瓜、马铃薯、番茄等。

　此外，能分解真菌细胞壁的几丁质酶、β-1，3葡聚糖酶基因、病程相关蛋白基因、溶菌酶基因的分离、克隆、表达的研究，将为蔬菜抗细菌和真菌病基因工程及抗病育种提供更多的选择。

　2. 抗虫基因的转化

　虫害是蔬菜生产中的严重问题用常规的育种方法很难育成较好的抗虫品种。植物抗虫基因工程的诞生，为防治害虫提供了一条崭新的途径。目前应用最广泛的抗虫基因主要有两种，即来源于苏云金芽孢杆菌的毒蛋白(简称Bt．toxin)基因和来源于植物的蛋白酶抑制剂因子(p1)基因。1981年，Schnepf等人首次成功地克隆了一个编码Bt杀虫晶体蛋白基因揭开了利用基因工程培育抗虫植物的序幕。Bt基因产物对鳞翅目昆虫有很强的毒杀效力，是目前世界上应用最广泛的抗虫基因。

    蛋白酶抑制剂是一类存在于某些植物中的蛋白质，它能抑制昆虫或动物消化系统的蛋白酶活性，对植物起着天然保护作用。豇豆的胰蛋白酶抑制剂(简称CpTI)被认为是最有效的蛋白酶抑制剂。它具有广谱抗虫性，对鳞翅目、鞘翅目及直翅目的许多昆虫都有毒杀活性。目前已转基因抗虫蔬菜有番茄、马铃薯、青花菜、花椰菜、小白菜、油菜等。

  1987年，Fischhoff等首次获得了转Bt基因的番茄。Iannacone等将Btcry3基因进行改造，去除了影响表达不稳定元件，选用了植物偏爱的密码子，极大地提高了毒蛋白的表达水平，获得了高抗鞘翅目甲虫的茄子。李学宝等。通过油菜子叶外植体一农杆菌共培养法将苏云金杆菌杀虫蛋白基因导入甘蓝型油菜，获得抗虫的转基因植株。部分转基因植株具有明显的杀虫活力，用转基因植株叶片饲喂甜菜夜蛾幼虫后，幼虫出现中毒症状，导致幼虫发育受阻和死亡。

   方宏筠等¨将豇豆胰蛋白酶(cp．TI)基因导入甘蓝栽培品种“京丰”和“迎春”，获得抗菜青虫的转基因甘蓝。张七仙等将CpTI基因导入甘蓝，转基因植株对小菜蛾具有明显抗性且外源基因转化率高达20％。梁小友等以农杆菌介导转化番茄，将CMV—cp基因和Bt—toxin基因同时导入转化再生的番茄植株。RNA点杂交证明CMV．cp基因和Bt—toxin基因已在转基因番茄植株中同时获得表达。

　3. 抗除草剂基因的转化

　在进行除草剂抗性的基因工程时，有两条途径可供选择：一是修饰除草剂作用的靶蛋白(herbicidetargetprotein)，使其对除草剂不敏感，或促其过量表达以使植物吸收除草剂后仍能进行正常代谢；二是导入外源基因使除草剂发生作用前将其降解或解毒。目前来源于潮湿链霉菌的bar基因应用较多，此基因编码的蛋白可将除草剂PPT乙酰化，使其失去毒力，bar基因已被转入番茄和油菜等作物中。美国已大面积推广应用耐除草剂的大豆品种。彭仁旺等以油菜子叶柄为受体，通过农杆菌介导的遗传转化，经Northernblot等检测，barstar基因及bar基因在转基因植物中得到正确的调控与表达。

　4. 抗逆基因的转化

　抗逆基因工程的研究主要集中在逆境条件下才能表达的某些基因的研究以及抗逆代谢过程中某些酶的研究。现在已分离出大量与抗逆代谢相关的基因。如与抗冻有关的鲽鱼的抗冻蛋白(AFPs)、抗冻糖蛋白(AFGPs)及昆虫的温衡蛋白。与抗旱有关的基因，如肌醇甲基转移酶基因(Imil)、茧蜜糖合成酶基因等。与抗盐有关的基因，如脯氨酸合成酶(proA)、山菠菜碱脱氢酶(BADH)、磷酸甘露脱氢酶(milD)基因等。

   李银心等¨纠将山菠菜碱醛脱氢酶(BADH)基因经根癌土壤杆菌介导转入豆瓣菜，转基因植株能够在0．5％Nacl培养基上正常生长，而对照在相同的培养基上生根困难且生长缓慢。美国的Hightower等将鲽鱼科的抗冻基因转入番茄和烟草中，发现具有抑制冰块重新结冰的能力，这一结果给冰冻保鲜蔬菜展示了诱人前景。

　5. 延迟成熟及其它品质改良

　乙烯控制着植物的许多生理和发育过程，如果实成熟、脱落、和衰老等通过克隆对乙烯生物合成过程中的ACC合成酶基因并转入植物来调节植物体内的乙烯合成，从而影响乙烯参与的多种生理过程。如控制果实的成熟时间，达到延迟成熟，延长保鲜期，提高耐贮藏性。汤富强等Ⅲ进行了ACC合成酶基因及其反义基因转基因番茄植株的获得及其部分生理特性的研究。

    王春霞等以西瓜无菌苗子叶为外植体，经根癌农杆菌进行叶盘共培养，将NptlI基因和番茄的ACC合成酶基因及其反义基因转入西瓜。Southernblot结果证明获得转基因植株，乙烯释放指标表明转入的正义和反义ACC合成酶基因得到不同程度的表达。ACC解氨酶可通过抑制乙烯的产生，来达到延缓衰老，保持新鲜的目的。李贤等利用农杆菌介导，以下胚轴为外植体把ACC解氨酶基因转入青花菜栽培品种获得了转基因再生植株。

　目前，蔬菜品质改良是蔬菜育种的主要目标之一。将一些有价值的外源基因导入蔬菜，对改良蔬菜品质也是大有作为的。将种子特异性启动子控制的硬脂酸去饱和酶反义基因导入油菜，以控制发育阶段的油菜籽硬脂酸乙酰载体蛋白去饱和酶活性使转基因油菜籽硬脂酸的含量上升几十倍。

    Stark等获得一种同源四聚体AGPase基因，该基因连接质体转运肽基因和马铃薯块茎特异表达的启动子后转化马铃薯，得到的转基因马铃薯淀粉较对照增加35％，直链淀粉与支链淀粉的比例确定食品的加工品质，基因工程可以改变这种比例。王光清等利用农杆菌介导的叶盘共培养法将npt基因和玉米醇溶蛋白基因(zein)与HEAAE融合基因导人马铃薯品种“东农303”，证明整合与表达。李雷等将玉米

　1Oku醇溶蛋白基因在转基因马铃薯块茎中得到表达。气生块茎和大田块茎的氨基酸分析表明，转基因马铃薯块茎中含硫氨基酸含量有明显提高。吕德扬等通过农杆菌介导法也将含硫氨基酸蛋白基因转入苜蓿，成功地诱导转基因植株再生。刘敬梅等刮以莴苣子叶为外植体，经农杆菌介导，成功地进行了马槟榔甜蛋白基因MBLII对莴苣的遗传转化。郑回勇等将人乳铁蛋白基因插入pBIN121质粒Xba、Sac之间，经农杆菌介导转入胡萝1-受体，经PCR检测，初步确定抗性植株为转入乳铁蛋白基因植株。

　6. 展望

　基因工程方法改良蔬菜品种成果显著，并在蔬菜遗传育种，品种改良上的前景十分诱人。但存在转化成功作物品种少，转化率不高，结果不稳定等问题。今后研究的重点应放在开发较多的有重要价值的目的基因，完善转化技术，以达到蔬菜改良的目的。

　：陶雷吴莹东北林业大学

　袁红梅大庆师范学院

　赵丽娟黑龙江省农科院作物育种所

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