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转基因小麦

小麦转基因的方法

1 花粉管通道法

花粉管通道法是我国学者周光宇提出的一种非常简便的植物转基因方法,其基本原理是利用植物授粉后花粉萌发形成的花粉管,将外源DNA送入胚囊中尚不具备正常细胞壁的合子,最终直接获得转基因的种子。该方法具有突出的发展优势:比如操作简单,耗费低廉,且不需要经过繁琐的组织培养和植株再生过程,特别是可以在未分离目的基因的情况下将植物的总DNA直接用于遗传转化。正是由于上述优点,该方法自20世纪70年代末问世以来倍受广大分子育种工作者的青睐。

关于花粉管通道法小麦转基因研究报道始于20世纪90年代初,我国从1994年后通过该法进行小麦转基因的研究报道以每年10篇左右的速度稳步上升。目前,国内已报道的花粉管通法小麦转基因研究达120余篇,约占国内小麦转基因报道总数的41%。可见,花粉管通道法已经成为我国小麦遗传转化的主要方法。

2 基因枪法

基因枪法是一种借助于火药、高压放电或高压气体产生的动力,将吸附了外源DNA的微弹(直径1μm的金粉或钨粉)直接射入受体细胞核,并实现外源基因整合到受体细胞基因组中的转基因方法。由于该方法不像农杆菌介导法那样受到作物基因型的限制,也不像其它基于原生质体的转基因方法那样存在组织培养及植株再生方面的困难,所以自1987年诞生以来在各类作物转遗传转化中得到了迅速广泛的应用。

1992年,Vasil等利用基因枪法获得了世界上第一株转基因小麦,之后基因枪法成为小麦遗传转化的重要方法。我国赵天永等于1994年报道了以小麦茎尖分生组织为受体的基因枪法转基因研究,1996年夏光敏等、陈乐玫等、杜立群等和王小军等也分别报道了基因枪法小麦转基因的研究工作,之后有关基因枪法小麦转基因的研究报道以每年4篇左右的速度直线上升;1999年关于基因枪法小麦转基因的研究报道猛增到12篇,2003年后每年的研究报道都在10篇以上,而且有递增的趋势。目前,我国通过基因枪法进行的小麦转基因研究报道达100余篇,约占小麦转基因报道总数的34%,成为仅次于花粉管通道法的主要转基因方法。

3 农杆菌介导法

因为农杆菌具有将其Ti质粒上一段DNA(T-DNA)插入寄主植物细胞染色体中的能力,所以将目的基因插入T-DNA中间后就可以借助于农杆菌将目的基因导入受体植物细胞,并利用细胞的全能性获得转基因植株,这就是农杆菌介导法植物转基因的基本原理。该方法具有易操作、低费用、高效率、插入片段的确定性好及拷贝数低等独特优点,所以已成为目前多数作物转基因的首选方法。

农杆菌介导法最大的不足就是能否转化和转化效率极大地受寄主植物基因型的限制,单子叶植物因不是农杆菌的天然寄主所以转化更加困难。令人欣慰的是,近年来农杆菌介导法在玉米、水稻、大麦和小麦(Cheng等,1997)等单子叶作物的遗传转化方面也取得了一系列突破性进展。1998年,刘庆法等首次在国内报道了开展农杆菌介导法小麦遗传转化的研究工作。1999年,夏光敏等再次报道了利用农杆菌介导法小麦遗传转化的工作,部分小麦品种的转化效率达到了5.9%。2000年后农杆菌介导法小麦转基因的研究报道迅速增多,而且抗病虫小麦转基因研究成为研究的重点。从2002年开始,农杆菌介导法小麦转基因研究的报道以每年8~10篇左右的速度快速增长,到2006年累计发表相关论文达到40余篇,约占小麦转基因研究报道总数的15%。

4 低能离子束介导法

离子束介导的植物转基因技术是20世纪90年代初期我国发展起来的一种新的转基因方法,其基本原理是:低能离子束可使得种胚细胞刻蚀并形成多个可修复的微孔,同时带正电荷离子的注入有利于带负电荷外源基因进入细胞而实现遗传转化,然后利用细胞全能性获得转基因再生植株。

2000年,吴丽芳等报道了他们用低能离子束介导法获得转基因小麦的研究工作,用于转基因的外源基因包括了报告基因Gus、绿色荧光蛋白基因、水稻几丁质酶基因及大豆总DNA等。到2001年,我国报道的利用低能离子束介导法小麦转基因的研究论文达到10余篇,之后以每年3~5篇的速度递增,截至2006年已经有相关的报道近30篇,约占小麦转基因研究报道总数的10%。

我国研究情况

在国家“863”计划和“转基因植物研究与产业化专项”等科技项目的资助下,我国转基因小麦研究尤其理论上取得了很大进展。但由于种种原因许多工作仍停留在实验室阶段。而且育出的优质品种少,农艺性状不理想,推广受到限制,使优质小麦的供求矛盾至今未得到彻底解决。因此,从转单基因到进行多基因组装,从改良生物胁迫和非生物胁迫的抗逆性,到改良品质、高产等生理和农艺性状,是我国未来转基因小麦的研究方向。

质疑

以绿色和平组织等许多机构为代表的反对派对转基因小麦提出质疑,对其潜在危险表示担忧。

目前转入的基因以抗除草剂的为多,其次是抗虫、抗病毒以及抗逆的功能基因等。当这些基因通过基因流逐渐在野生种群中定居后,就使得作物的野生亲缘种具有了选择优势的潜在可能。通过花粉的传播与受精,某些基因(主要是抗除草剂基因)漂入野生近缘种或近缘杂草就产生难以控制的“超级杂草”。由于超级杂草可产生严重的经济和生态上的恶果,因而转基因作物可能转变为杂草便成为最主要风险之一。同时,转基因植物具备了抗病、虫、除草剂的特性,对害虫产生毒害使其死亡,也可能会对环境中的有益生物产生影响,甚至使其致死。

转基因小麦同时引入了启动子和目标基因。最常用的启动子是35S启动子,该启动子能够在植物组织中高水平表达。而35S启动子潜在的风险就是活化植物上隐形的病毒基因或增强病毒基因的表达,国内外一些专家预测,35S启动子被人体吸收后可能会导致癌症的发生。

基因转移过程中,人们常常使用标记基因来筛选转化细胞或组织。而小麦的标记基因绝大多数是细菌编码的抗生素抗性基因。所标记的基因是否会通过食物在肠道中水平转移至微生物,从而影响抗生素治疗的有效性,这是反对者非常质疑的地方。

环境主义者还认为转基因植物作为一个外来品种,会通过改变物种间的竞争关系,破坏原有的自然生态平衡,对生物多样性构成威胁。

种植转基因小麦符合世界各国的利益,是转基因科学家们的一致说法。CIMMYT的创始人、绿色革命之父布劳格博士说,过去70年,传统培育方法制造出大量较高和稳定的粮食产量,并有较高经济收入的杂交品种,引发二十世纪六十和七十年代的“绿色革命”的品种后,高产和矮种小麦育种上并没有重要的进展。

美国孟山都研究开发的转基因耐除草剂硬质红色春小麦是世界上首次提出商业化申请的转基因小麦,已得到美国监管部门的批准。但世界各地的种植户、环境主义者、消费者以及国外小麦的买主都对转基因小麦可能对人类健康造成的危害心存忧虑,加上转基因小麦商业化生产会产生一系列连锁反应,转基因小麦商业化生产的计划暂时搁浅。日本等一些国家还强烈地对转基因小麦的商业化生产表示抗议。

另外,转基因小麦争论的实质并不纯粹是科学问题,还有更多经济和贸易问题。这些对消费者的心理和转基因小麦的产业化已经产生了很大的负面影响。可以预见,转基因小麦从实验室走向市场还需一段艰难坎坷的历程。

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