农杆菌介导的转基因玉米种子的获得?


农杆菌介导的转基因玉米种子的获得?

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1.1用基因枪法获得的转基因小麦 1992年对利用现代生物技术改良小麦而言是具有历史意义的一年 。Vasil等以长期培养的胚性愈伤组织为外植体,通过基因枪将GUS/Bar基因导入小麦品种“Pavon”,获得对除草剂Basta具有抗性再生植株(T0)及其后一下(T1),从而宣告世界上第一株转基因小麦问世 。一年后,同一研究组又对基因方法进行了优化,以未成熟胚及其愈伤组织为外植体,在3个小麦基因型(Pavon、Bobwhite和RH770019)上获得成功,并且将获得转基因小麦植株的时间由15个月缩短至7-9个月 。在这一年,Weeks等也报道以品种“Bobwhite”的未成熟胚为外植体通过基因枪法获得转基因小麦植株 。两个独立的实验室用同一品种(Bobwhite)的相同组织(未成熟胚)和相同的方法(基因枪法)都得到相同或相似的结果(获得转基因植株),表明所用的转基因方法是可靠的 。此后,以未成熟胚(或称为“幼胚”)及其衍生物为外植体,通过基因枪法获得转基因小麦的报道与日俱增,已经成为迄今为止小麦基因转导的主要方法 。值得一提的是,以小麦胚顶端分生组织、营养体顶端分生组织和花序分生组织为目标,用“手持式”基因枪射击也获得外源基因的瞬时表达和转基因植株 。这一方法能绕过全能性细胞数量的问题,在小麦基因转导上具有一定的潜力 。
1.2用花粉管通道法获得的转基因小麦 利用花粉管通道法转导小麦的工作主要集中在前5年(1990-1995),而且主要集中在我国 。周文麟等报道,将C4作物的DNA通过花粉管导入春小麦,获得具有C4若干性状的转“基因”小麦及其后代 。成卓敏等称获得转小麦黄矮病毒CP基因的小麦,曾君祉等刘根齐等也报道了花粉管通道法转基因小麦的获得 。遗憾的是,当时这些报道都缺乏外源基因(或DNA)在转基因小麦植株及其后代中整全和表达的分子生物学证据 。最近,Zeng(曾君祉)和Wu等对1990-1994期间通过花粉管通道法获得的转基因小麦的后代进行了外源“基因”表达的分析,包括分子生物学方法的分析,证明了外源基因的整合和表达,从而证明通过花粉管通道法可以获得转基因小麦 。周文麟、倪建福等(个人通信)用我们构建的eMS/Bar嵌合基因转导小麦,获得具有除草剂抗性和雄性不育性状的植株,其后代仍然表现出对除草剂的抗性 。花粉管通道法避免了复杂的组织培养、植株再生过程,在小麦上是很有潜力的基因转导方法 。
1.3其它直接法获得的转基因小麦 其它直接法,如显微注射、激光微束穿刺、PEG介导和电激等对小麦的转化近乎无效 。尽管已经有众多的研究证明外源基因在用这些直接法处理后的原生质体和细胞中能瞬时表达乃至能在产生的愈伤组织中的稳定表达,但获得转基因小麦植株的报道仅有一例 。He等以品种“Hartog”的原生质体为受体,通过电激法获得具有除草剂(PPT)抗性的绿色转基因植株,但这些植株未能结籽 。小麦原生质体或单细胞植株再生的困难可能是电激法、PEG法和显微注射法等直接法在小麦转基因上失败的主要原因 。正是由于这些困难,使以原生质体或单细胞为受体的直接法在小麦基因转导上的前景变得十分黯淡 。
1.4农杆菌介导法获得的转基因小麦 自1983年第一株农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的转基因植株问世一来,农杆菌介导法很快就成为双子叶植物基因转导的主导方法 。这一方法操作容易、成本低、转化效率高、单拷贝基因整合率高而且外源基因在转基因植株后代中比较稳定 。能否将这一方法引入包括小麦在内的单子叶植物的基因转导成为90年代前后讨论与研究的热点 。当时,一种倾向性的观点是认为单子叶植物不是农杆菌的天然寄主,利用农杆菌介导转化单子叶植物几乎不可能或没有可能性 。这种观点的代表人物是曾在小麦等禾谷类作物组织培养与基因枪转导方面卓有建树的瑞士科学家Potrykus,他在国际权威杂志“Bio/Technology”和“Nature”都发表了他的悲观论点 。农杆菌介导的石刁柏转基因植株的获得,特别是农杆菌介导的转基因水稻和转基因玉米的获得,不仅改变了单子叶植物不是农杆菌的天然寄主的看法,而且证明农杆菌介导法完全可以用于禾谷类作物的遗传转化 。
在小麦上,虽然有人早在1988年就证明农杆菌能侵染并进行遗传转化,随后又有人证明农杆菌能附着到经部分酶解和未酶解的小麦幼胚细胞,但多年来一直没有得到转基因植株 。Hess等报道,直接将农杆菌接种到小穗获得具有抗生素性和经Southern Blot杂交证明的转基因当代植株,外源基因部分在F1和F2中却未能检测到外源基因的存在 。在人工授粉后再用携带有共合载体(pCV2260和pSIR42)的农杆菌(株系C158)处理雌蕊,Pukhal’skii获得经过PCR和Southern Blot杂交证明的F1植株,并由此获得具有外源基因的F2植株 。这种简单的基因转化方法,结合了花粉通道与农杆菌侵染的优势,如果能够被其它实验室所证实,将在小麦等的基因转化上发挥主导作用 。

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