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文檔簡介

一、國外轉(zhuǎn)基因大豆新品種培育研發(fā)的基本流程以現(xiàn)有大豆品種作為受體材料,利用基因工程手段,構(gòu)建重組植物表達載體,用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和基因槍法兩種方法將目的基因?qū)氪蠖梗@得轉(zhuǎn)基因植株,分析其對疫霉根腐病的抗病性,篩選出抗病大豆新株(品)系。由于根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系具有插入基因拷貝數(shù)低、遺傳穩(wěn)定、轉(zhuǎn)化過程相對簡單、成本相對低廉等諸多優(yōu)點,一直是植物轉(zhuǎn)基因研究的首選技術(shù),在大豆中亦是如此。自Hinchee等于1988年建立根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的大豆子葉節(jié)器官發(fā)生轉(zhuǎn)化系統(tǒng)之后,許多實驗室以此為基礎(chǔ)開展了優(yōu)化、改進工作和轉(zhuǎn)基因材料創(chuàng)制研究,也使該技術(shù)體系成為了最為重要的大豆轉(zhuǎn)基因手段。在根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的大豆轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系建立的同時,基因槍介導(dǎo)的大豆轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系也獲得了成功。盡管基因槍介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系存在多拷貝插入頻率高、斷裂的DNA片段插入難以避免、轉(zhuǎn)基因后代遺傳穩(wěn)定性較差等缺點,但由于其受基因型限制較小,操作流程相對簡單、遺傳轉(zhuǎn)化相對較易實現(xiàn)等優(yōu)點,仍是植物轉(zhuǎn)基因研究的重要手段之一。在大豆遺傳轉(zhuǎn)化較為困難的現(xiàn)實條件下,其在大豆中的使用依然較為普遍,特別是在利用轉(zhuǎn)基因大豆材料進行基因功能分析的研究中更為常見。

二、如何有效減少轉(zhuǎn)基因后代材料中目的基因沉默或丟失的現(xiàn)象1、避免基因間的同源性由于重復(fù)或同源序列是基因沉默的普遍誘因,因此,在構(gòu)建表達載體時,盡量降低所設(shè)計的序列與內(nèi)源基因的同源性,以減少或避免配對。應(yīng)盡量使外源DNA堿基組成與植物DNA堿基組成相一致,以避免被植物限制修飾機制所識別。同時,也可以采用定點插入方法,將外源基因插入到具有與其相似堿基組成的染色體區(qū)域。另外,在育種過程中要選擇外源基因表達穩(wěn)定的株系。2、避免重復(fù)序列的出現(xiàn)基因槍法以及電激法等直接DNA導(dǎo)入法易引起多個拷貝基因整合,使用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化植物可在一定程度上避免這一問題。因此在進行植物轉(zhuǎn)化時,應(yīng)優(yōu)先考慮使用后一方法。同時,在篩選作為育種材料的轉(zhuǎn)基因植株時,應(yīng)盡量選擇單拷貝插入的個體,來減少重復(fù)序列的存在。3、消除甲基化的影響鑒于轉(zhuǎn)基因甲基化程度與轉(zhuǎn)基因沉默的程度成正相關(guān),即甲基化是基因沉默的直接原因。在載體上加上有去甲基化功能的序列以防止甲基化。如目前已知用5-氮胞嘧啶處理植株具有很好的抑制甲基化和脫甲基化作用。但由于其價格昂貴,兼有致癌性,因此實用價值不高。4、MAR的使用使用核基質(zhì)結(jié)合區(qū)(matrixattachmentregion,MAR)序列是克服外源基因沉默的有效方法。MAR是染色質(zhì)上的一段DNA序列,又稱之為核骨架結(jié)合區(qū)(scaffordattachmentregion)。把MAR構(gòu)建到外源基因的兩側(cè),使它們在轉(zhuǎn)基因植物的染色質(zhì)中形成獨立的區(qū)域,這樣不但可以避免外源基因表達位置效應(yīng)的影響,而且還可以提高外源基因在轉(zhuǎn)化細胞中的穩(wěn)定性和表達水平。5、使用誘導(dǎo)型啟動子大多數(shù)的科研工作都是使用組成型強啟動子,不過誘導(dǎo)型的啟動子迄今僅在少數(shù)植物中獲得了轉(zhuǎn)基因植株。如用于雙子葉植物轉(zhuǎn)化的花椰菜花葉病毒(CaMV)35S啟動子或胭脂氨酸合成酶nos啟動子。三、目前國內(nèi)外研發(fā)機構(gòu)主要采用的大豆遺傳轉(zhuǎn)化方法及其優(yōu)缺點目前大豆遺傳轉(zhuǎn)化的方法較多,主要有農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基因槍法、花粉管通道法、PEG法、顯微注射法、電激法、超聲波輔助農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法等,其中常用的方法有農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基因槍法和花粉管通道法。1、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法農(nóng)桿菌是普遍存在于土壤中的一種革蘭氏陰性細菌,該細菌能夠在自然條件下有趨化性的感染大多數(shù)雙子葉植物的傷口部位,并能夠誘導(dǎo)其產(chǎn)生冠癭瘤或發(fā)狀根。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法(Agrobacterium-mediated)中應(yīng)用的主要有根癌農(nóng)桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)和發(fā)方向。3、安全性評價應(yīng)用轉(zhuǎn)基因作物具有極大的經(jīng)濟效益的同時,也存在一定的風(fēng)險,包括對環(huán)境、食品的安全性、抗性基因的穩(wěn)定性及抗性雜草發(fā)生影響等。大豆是人類可食用的最重要的植物蛋白質(zhì)之一。由于轉(zhuǎn)基因大豆安全性存在不可預(yù)見性,因此,必須要對其進行長期監(jiān)控。每一種新研制的轉(zhuǎn)基因大豆都必須通過個案處理,評估其可能存在的風(fēng)險,以確保進行環(huán)境釋放和市場釋放時轉(zhuǎn)基因作物及其加工的食品具有高度的安全性。六、目前我國轉(zhuǎn)基因大豆研發(fā)中存在的關(guān)鍵問題及其解決措施大豆遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)不斷完善,根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和基因槍法快速發(fā)展,其轉(zhuǎn)化效率不斷提高。但與其他主要作物(如水稻、玉米等)相比差距較大。根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)法流程相對簡單、儀器設(shè)備便宜、拷貝數(shù)低,且轉(zhuǎn)基因較少沉默,可轉(zhuǎn)移基因片段較長。由于受大豆基因型、組織類型、時齡(Age)、菌液濃度和培養(yǎng)溫度等眾多因素的影響,其轉(zhuǎn)化效率較低(3%);需要精細的人工操作,且不定芽源于多細胞,所形成的再生植株有較多的嵌合體,加大了后代的篩選難度;各個實驗室間的轉(zhuǎn)化率差距較大,重復(fù)性差,應(yīng)用受到限制。而基因槍法基因沉默和拷貝數(shù)多,且其耗資大、技術(shù)難,微彈難以完全覆蓋靶組織,轉(zhuǎn)化有效性受到限制。近年來,不斷有新的方法(如花粉管導(dǎo)入法和晶須介導(dǎo)法)、新的菌種(發(fā)根農(nóng)桿菌)和新的受體材料等出現(xiàn),但由于方法自身特點,在大豆中的應(yīng)用尚未普及。在基因克隆、載體構(gòu)建和轉(zhuǎn)化方面都盡量減少選擇基因使用,如花粉

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