花卉基因工程育种应用进展

yesleng

花卉基因工程育种是指不经过有性过程，克隆含有某些特殊性状的外源基因，运用生物、物理和化学等方法，将克隆基因(DNA)导入受体植物细胞，并通过组织培养培育出具有这些特殊性状的转基因植物。它包括以下几方面内容：
& @& ~% B3 |, J* }5 B, v

      ① 目的基因分离；
      ② 寻找或构建克隆载体；
: Q) o; L6 R& w5 ^      ③ 重组载体导入植物受体细胞，并整合到寄主染色体的基因组上；
      ④ 使带有重组载体DNA 的植物细胞或组织，再生成形态正常的健康可育的植株；
      ⑤ 在理想情况下，使这些植物能够通过有性过程，将外源目的基因持续地传给后代。

自1983年首例转基因植物问世以来，转基因技术得到了迅速的发展。与传统育种相比，花卉基因工程育种有如下优点:
      ①在基因水平上改造植物，更具精确性；
8 A' a4 L% L: z5 D9 X. o  x0 {      ②能够定向修饰花卉某个或某些性状而保留其他性状，提高育种的目的性和可操作性，通过引入外来基因扩大基因库，从而培育出新型的花卉品种；
7 s7 `8 c4 r: h7 _$ F6 r      ③能够创新种质，打破物种间交流的界限，为花卉的定向育种提供更先进的技术保障；
: }& s. }9 A7 e) n9 c      ④育种周期短，效率高。缺点当然就是要求设备好，投入多，风险大，失败率高。

花卉基因工程育种重点集中在花色、花香、花型、株形、花期和抗性等性状的改良上。

      花色是决定花卉观赏价值的重要因素。它主要由类胡萝卜素、类黄酮和花青素三大类物质决定。目前，利用基因工程改良花色的方法主要有2种。

      ① 利用反义RNA 和共抑制技术抑制基因的活性，造成无色底物的积累，使花的颜色变浅或变成无色。

      ② 通过外源基因来补充某些品种缺乏合成某些颜色的能力。Vander Krol 等将查尔酮合成酶基因CHS的cDNA反向转入矮牵牛中，使紫红色的花变为粉红色带白，甚至完全白色。Courtney等将CHS基因以正义和反义2个方向分别导入开粉红色花的菊花品种Moneymaker中，得到浅粉红色和白色花，而对照没有出现白色花。北京大学植物蛋白质工程国家重点实验室转基因获得的矮牵牛转化株，花色由原来的紫色变成了白色或具有不同模式的紫白相间的花朵。通过引入外源基因，可补充某些品种缺乏合成某些颜色的能力。如将从其他花卉中克隆到的合成蓝色翠雀素必需的F3'5'H 酶基因，转到玫瑰和香石竹中，从而获得蓝色的玫瑰和香石竹。日本三得利公司和美国2位生物化学家分别宣布开发出来蓝色玫瑰。三得利公司还利用基因重组技术，让玫瑰具备了制造“翠雀花素”的能力。美国田纳西州纳什维尔市范德比尔特大学的2位生物化学家在研究治疗癌症和早老性痴呆症的药物时发现，将肝酶转入到细菌中后，这种细菌会变成蓝色。后来他们利用转基因技术将这项发现运用到植物栽培领域，培育出了蓝玫瑰。湖北大学蔡得田教授等人经过“诱导”植物体内的叶绿素等潜在发光物质，研制出了一种荧光促进剂，只需将这种特制的荧光促进剂向花瓣喷洒1次，该花卉将在整个花期内就“自然”地具有了一种神奇效果: 在没有光线的夜间，它能发出色泽明丽、种类繁多的荧光。另外，科学家对花瓣条纹、彩斑等方面的研究也取得了很大进展。

在株型方面，有以下进展。人们在拟南芥、金鱼草、矮牵牛的花原基中分离出一些被称为同源异形基因(Homeotic genes)的对花器官分化起关键作用的基因，这些基因的表达会影响花朵的大小、形状和花期。科研人员还从矮牵牛、拟南芥和金鱼草的突变体中鉴定出几个控制花朵形态的基因。如控制花瓣数、花瓣形状、花瓣对称性的基因；控制花器官原基数目和位置的基因，花发育抑制基因等。将这些基因导入某些花卉内，有望培育出特异花形的新品种。利用突变体，已从拟南芥中克隆到大量控制花器官发育的基因AP1-3、AG、CAL、TFL1、LEY、CEN、FLO、SQUA、UFO 等。法国科研人员通过发根农杆菌介导转化法，把野生型Ri 质粒导入柠檬天竺葵，获得了节间缩短、分枝和叶片增加、株形优良的转化株。Zheng等将烟草光敏色素基因导入菊花品种Kitau中，获得了株型明显矮化且分枝角度比野生型大的植株。可能是由于光敏色素合成引起GA3过量表达，从而导致茎缩短，分枝多，这与人工喷施GA3取得的效果是相似的。Dolgov等将rolC基因导入菊花品种White Snowdon中，获得2个转化系，其中1个转化系表现为丛生、矮化，并且叶多分裂。Petty 等把光敏色素基因phyA导入菊花中，发现其花梗变短，叶绿素增加，衰老延缓。Yu 等将DOH1 基因导入金钗石斛，转基因植株分枝性强且矮化。
  S" D# V1 O$ R7 B2 K+ d