基因工程在植物育種中的應(yīng)用(共5頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基因工程在植物育種中的應(yīng)用官玲(GUAN Ling)(莆田學(xué)院 環(huán)境與生命科學(xué)系 福建 莆田 )摘要：在現(xiàn)代生物技術(shù)中，基因工程作為一個重要的部分，已經(jīng)在生產(chǎn)和生活等多方面起著重要的作用。不斷成熟的基因工程技術(shù)它解決了傳統(tǒng)育種不能突破的問題，與傳統(tǒng)育種方法相比, 基因工程技術(shù)具有獨(dú)特優(yōu)勢可以定向修飾植物的某些目標(biāo)性狀并保留其它原有性狀通過引入外來基因擴(kuò)大基因庫。本文主要綜述了基因工程在藥用植物和花卉植物育種中的研究狀況及對以后的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行的展望。關(guān)鍵詞：基因工程;植物育種;基因芯片技術(shù);前景展望基因工程是指運(yùn)用分子生物學(xué)技術(shù), 將目的基因或DNA片段通過載體或直接導(dǎo)

2、入受體細(xì)胞, 使受體細(xì)胞遺傳物質(zhì)重新組合, 經(jīng)細(xì)胞復(fù)制增殖, 新的基因在受體細(xì)胞中表達(dá), 最后從轉(zhuǎn)化細(xì)胞中篩選有價(jià)值的新類型, 繼而它再生為工程植株, 從而創(chuàng)造新品種的一種定向育種技術(shù)。與傳統(tǒng)育種相比, 植物基因工程具有以下特點(diǎn)植物基因工程是在基因水平上來改造植物的遺傳物質(zhì), 更具有科學(xué)性和精確性,同時(shí)育種速度也大大加快能定向改造植物的遺傳性狀, 提高了育種的目的性與可操作性植物基因工程大大地?cái)U(kuò)展了育種的范圍, 打破了物種之間的生殖隔離障礙, 實(shí)現(xiàn)了基因在生物界的共用性, 豐富了基因資源及植物品種。1.基因工程技術(shù)在藥用植物育種中的應(yīng)用由于醫(yī)藥事業(yè)的快速發(fā)展, 野生藥材資源已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要,

3、 尤其是許多原料性藥用植物資源已面臨資源枯竭的威脅, 加之人工馴化和栽培的藥用植物物種退化和瀕危的問題極為突出。 根據(jù)這些中藥資源的活性成分、生長規(guī)律、生產(chǎn)特性, 運(yùn)用生物工程技術(shù)對其進(jìn)行保存性研究, 從而保護(hù)瀕危緊缺的藥用植物資源.。 通過遺傳轉(zhuǎn)化, 將目的基因（如抗逆、抗病毒、抗蟲、抗除草劑等相關(guān)基因）導(dǎo)入藥用植物以改變傳統(tǒng)遺傳性狀, 培育優(yōu)良品種, 增強(qiáng)藥用植物抗病毒、抗蟲害、抗除草劑的能力, 利用植物生產(chǎn)異源蛋白及改變植物質(zhì)量性狀、保護(hù)和繁殖瀕臨滅絕的植物材料1. 1.1優(yōu)良品種的培育 劉建勛等2利用PCR 技術(shù)克隆出青蒿素生物合成途徑中的關(guān)鍵酶基因和東北紅豆杉中紫三醇生物合成途徑中起

4、限速作用的紫三烯合成酶基因, 該基因cDNA 片段由2586 個核苷酸組成, 將該cDNA 片段導(dǎo)入紅豆杉細(xì)胞后, 影響紫杉醇含量。NSFC 資助的“銀杏內(nèi)酯合成二萜環(huán)化酶基因克隆與生物轉(zhuǎn)化研究”、“水母雪蓮P 基因克隆及其對3-脫氧類黃酮化合物生物合成調(diào)控的研究”、“丹酚酸類化合物生物合成關(guān)鍵酶基因克隆與調(diào)控研究”、“重組蝎毒素基因的表達(dá)及抗腫瘤活性的研究”及“鹿茸活性多肽基因的克隆與表達(dá)”等項(xiàng)目對藥用植物有效成分(次生代謝產(chǎn)物)生物合成途徑中關(guān)鍵酶基因的克隆和表達(dá), 旨在實(shí)現(xiàn)對它們在植物細(xì)胞內(nèi)代謝的人工調(diào)控4.1.2 DNA序列標(biāo)記鑒別育種隨著分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)的發(fā)展特別是遺傳圖譜研

5、究資料的積累,一種全新的育種方法基于分子連鎖圖應(yīng)用于育種技術(shù)相結(jié)合的分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)(MAS) 應(yīng)運(yùn)而生。在加強(qiáng)藥用植物傳統(tǒng)育種的基礎(chǔ)上,利用RFLP ( 限制性片斷長度多態(tài)性) 、RAPD(隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA) 等分子遺傳標(biāo)記技術(shù),構(gòu)建重要藥用植物遺傳連鎖圖,開展重要藥用植物QTL 的研究和實(shí)踐,從野生類型篩選優(yōu)良目的基因,對藥用植物進(jìn)行遺傳改良,將成為今后藥用植物育種的重要方向之一5 。國家自然科學(xué)基金資助了多項(xiàng)這方面的研究項(xiàng)目,例如2002 年資助的“應(yīng)用AFLP 技術(shù)篩選與紅花品質(zhì)相關(guān)的分子標(biāo)記”研究項(xiàng)目, 就是采用DNA2AFL P、cDNA2AFL P 分子標(biāo)記技術(shù),構(gòu)建出D

6、NA 指紋圖譜,篩選出與紅花品質(zhì)相關(guān)的分子標(biāo)記,為探索紅花品質(zhì)形成的基因表達(dá)與調(diào)控機(jī)制奠定基礎(chǔ),為紅花新品種的高效選育及藥用植物品質(zhì)的定向調(diào)控提供有效途徑6?？傊? DNA分子標(biāo)記技術(shù)為藥用植物親緣關(guān)系鑒定、單味藥材鑒別、瀕危物種保護(hù)、復(fù)方質(zhì)量分析、基因定位與分離、品種鑒定、資源評價(jià)等方面提供了理論依據(jù)和科學(xué)基礎(chǔ).1.3基因芯片技術(shù)的應(yīng)用基因芯片技術(shù)是指采用點(diǎn)樣法, 將數(shù)以萬計(jì)的DNA 探針固化于支持物的表面上, 產(chǎn)生二維DNA 探針陣列,然后與標(biāo)記樣本雜交, 通過檢測雜交信號來實(shí)現(xiàn)對生物樣品的檢測或醫(yī)學(xué)檢測. 該技術(shù)為解決新藥開發(fā)中分離和鑒定藥物有效成分這一重大障礙提供了有利手段, 它可以解

7、釋藥物的作用機(jī)制, 分析用藥前后機(jī)體不同組織器官基因表達(dá)的差異, 從而發(fā)現(xiàn)一組病癥相關(guān)基因和藥物效應(yīng)基因作為藥物的篩選靶標(biāo). 利用基因芯片找出待鑒定中藥的特定DNA序列是基因芯片技術(shù)能否成功應(yīng)用于藥用植物鑒定的關(guān)鍵.朝暉等7在對川貝母、浙貝母、皖貝母和湖北貝母等4 種主要貝母品種5SrRNA 的序列分析時(shí)發(fā)現(xiàn)川貝母有一特異性堿基序列CTTTTGTCATCA, 以此序列作為探針, 制成芯片, 將待檢測樣品提取DNA并經(jīng)擴(kuò)增和熒光標(biāo)記后與芯片上探針進(jìn)行雜交, 通過熒光檢測可準(zhǔn)確鑒定出川貝母. 基因序列分析已成功地用于貝母、黃芪、人參、川芎等鑒別.2.基因工程技術(shù)在花卉植物育種中的應(yīng)用植物基因工程是

8、作物改良的新型技術(shù)。目前, 它不僅廣泛用在農(nóng)作物的改良方面, 而且也是花卉改良的主要手段。植物基因工程解決了傳統(tǒng)育種不能突破的問題, 為花卉性狀改良提供全新的思路。因此, 人類希望在傳統(tǒng)育種的基礎(chǔ)上能夠利用基因工程技術(shù), 培育出向往已久的奇異花卉。 2.1新基因?qū)胗^賞花卉植物, 改良花色花色是觀賞花卉植物最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一?；ㄉ哪阁w是花色素, 主要由類胡蘿卜素、類黃酮和花青素3類物質(zhì)決定?；ㄉ氐男纬梢约盎ㄉ卦诨ò曛械暮亢头植嫉榷际芑蚩刂?11 。正是由于這些基因的存在和改變, 致使觀賞植物花色豐富多彩、變化多樣。利用常規(guī)育種技術(shù)尤其是雜交育種技術(shù), 雖然在花色改良中做出了重要貢獻(xiàn)

9、, 但其遠(yuǎn)緣雜交親和力差, 物種生殖隔離和基因連鎖難以打破, 染色體重組時(shí)交換值小, 創(chuàng)造符合人類各種需求的新種質(zhì)所需的育種周期長、效率較低。通過基因工程, 利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)和直接轉(zhuǎn)移將控制花色的目的基因轉(zhuǎn)入植物受體, 從而使受體增加1個或幾個新性狀, 創(chuàng)造出具有優(yōu)良花色性狀的新種質(zhì), 例如對于單基因控制的花色, 如果某觀賞植物種或品種體內(nèi)缺乏這種基因, 可直接導(dǎo)入外源結(jié)構(gòu)基因改變其花色。世界上首例基因工程改變矮牽?；ㄉ膶?shí)驗(yàn)便采用此法: 將玉米DFR基因?qū)氚珷颗1O1突變體, 產(chǎn)生了世界上首次出現(xiàn)的含花葵素的磚紅色矮牽牛?；蚬こ碳夹g(shù)修飾花色性狀的方法有反義抑制法( antisense s

10、upp ression) 和有義抑制法( sense supp res2sion) 。李艷等14將chsA2uidA 融合基因?qū)氚珷颗Ｖ?得到的轉(zhuǎn)基因植株花色發(fā)生了明顯改變, 轉(zhuǎn)化概率達(dá)到100%。2.2基因技術(shù)改變花型花卉形態(tài)是花卉的重要組成部分, 因此改良花卉形態(tài)長期以來一直是科學(xué)工作者研究的重點(diǎn)之一。花卉形態(tài)改良包括花朵的大小、花朵的分布狀態(tài)等。轉(zhuǎn)基因育種研究在改變形態(tài)方面也取得了進(jìn)展。德國研究人員將一種基因?qū)胨N薇, 使植株的花枝數(shù)和每枝上的花朵數(shù)量大幅度增加。研究人員還發(fā)現(xiàn), 金魚草和蘭花的花朵不具輻射對稱是由控制花卉形狀的基因所控制?，F(xiàn)在, 人們已能通過生物工程技術(shù)將雄蕊轉(zhuǎn)換為花

11、瓣, 或是將萼片轉(zhuǎn)為葉片等。如一些研究人員利用先進(jìn)的轉(zhuǎn)基因技術(shù), 成功育出2 盆轉(zhuǎn)基因非洲菊。與一般的非洲菊相比, 轉(zhuǎn)基因非洲菊的花朵更大、更飽滿。第一盆非洲菊由原來的純橙黃色轉(zhuǎn)變?yōu)橐话氤赛S、一半金黃; 而第二盆非洲菊的萼片、花瓣、花蕊等外形保持原狀,花瓣為深橙色, 花蕾呈淺綠色, 葉脈為橘紅色。轉(zhuǎn)基因非洲菊花期可維持1個月左右。這一系列進(jìn)展為人類利用基因工程手段修飾花卉的形態(tài)打下了良好的基礎(chǔ)。2.3 基因技術(shù)延長鮮花的壽命為提高鮮花的商業(yè)價(jià)值, 不僅需要花朵美麗, 盡可能延長花朵壽命也非常重要。日本研究人員成功開發(fā)出了花期相當(dāng)于普通品種約3 倍的康乃馨。在花卉研究所進(jìn)行的試驗(yàn)中, 普通康乃馨

12、完全開放后57d 就開始枯萎, 而新開發(fā)的康乃馨“筑波1 號”一直到第19.5 天也沒有枯萎。如果是在氣溫較低的冬季, 可以保持1 個月以上?；ㄆ陂L短的關(guān)鍵在于化學(xué)物質(zhì)乙烯的釋放量。花朵在開放一定時(shí)間后, 自身就會釋放出乙烯促使花瓣枯萎, 這是為了保存后代而將體內(nèi)能量集中到果實(shí)或種子的緣故?！爸? 號”產(chǎn)生的乙烯大約只有普通康乃馨的1/ 20, 因此可以保持很長的花期13。3.問題與前景展望 影響植物品質(zhì)的因素很多, 如花卉植物觀賞壽命、花朵形狀及大小、花香、鮮重、顏色、株型和抗性等；藥用植物如抗逆、抗病毒、抗蟲、抗除草劑等。基因工程技術(shù)作為植物育種的重要途徑,以其特有的優(yōu)越性將在植物育種上

13、起著越來越大的作用,特別是能有效地解決雜交育種中所遇到的“雜交不親和、雜種不育和雜種后代強(qiáng)烈分離”三大難題。同時(shí), 應(yīng)加強(qiáng)對野生種質(zhì)資源的研究和利用, 尋求新的突破口。插入基因的穩(wěn)定性及其是否穩(wěn)定遺傳是轉(zhuǎn)基因植物商業(yè)化應(yīng)注意的問題。目前通過基因工程的方法雖已獲得大量植株, 但由于外源基因的插入是隨機(jī)的, 特別是目前采用的主要方法農(nóng)桿菌介導(dǎo)的T2DNA定點(diǎn)整合不穩(wěn)定, 導(dǎo)入以后往往不能穩(wěn)定表達(dá)且有可能影響其它的代謝, 而關(guān)于這方面研究較少。今后應(yīng)加強(qiáng)該方面的研究。根據(jù)相關(guān)生物技術(shù)的研究成果，進(jìn)一步完善基因工程技術(shù), 加快基因功能的研究, 把基因工程和細(xì)胞工程結(jié)合起來以加快工業(yè)化生產(chǎn)的步伐, 把基

14、因工程技術(shù)和其它育種方法相結(jié)合培育優(yōu)良新品種, 建立高效轉(zhuǎn)基因植物栽培技術(shù)體系。 相信隨著生物技術(shù)的發(fā)展,基因工程的前景將會越來越廣泛。參考文獻(xiàn)：1劉屏,王昌恩,我國中藥資源基礎(chǔ)研究的現(xiàn)狀與熱點(diǎn)J . 中國科學(xué)基金,2004 , (1) :59.2劉建勛, 叢偉紅. 我國植物藥(中藥)研究的問題與建議J. 中國中藥雜志, 2002, 27: 484484.3張弛,陳彩艷.基因工程技術(shù)提高藥用植物次生物質(zhì)產(chǎn)量研究進(jìn)展.云南大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版) , 2004,26(6):52544高山林. 提高中藥材質(zhì)量和產(chǎn)量的思路和實(shí)踐. 世界科學(xué)技術(shù)J . 中醫(yī)藥現(xiàn)代化,2006 ,8 (1) :8083

15、.5唐克軒主編. 中草藥生物技術(shù)M . 上海:復(fù)旦大學(xué)出版社. 2005 ,5.6吳英,郭安平,孔華等.藥用植物基因工程研究進(jìn)展.熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,25(2):46527朝暉, 李萍, 董婷霞等. 運(yùn)用PCR 揭示貝母屬柏物5SrRNA 基因間區(qū)序列的分子多樣樣J. 植物藥, 1999, 65(4): 360.8宋智青,梁運(yùn)章,李玉峰等.藥用植物的多倍體育種.生物學(xué)通報(bào),2006,41(7):13149黃璐琳,胡尚欽,楊曉等.藥用植物生物工程研究進(jìn)展.分子標(biāo)記、遺傳轉(zhuǎn)化及功能基因研究.中草藥, 2006,37(5)64765.10MIZUKNUNI H, HAO R S, TANAKA T. Nuclcoride soqucnce of 5srRNA intergenie specer region in Angelica acuilogbaJ. NaturalMed, 1997, 51: 36.11張海新.基因工程在觀賞植物種質(zhì)創(chuàng)新中的應(yīng)用J. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 12 (3)