轉(zhuǎn)基因楊樹研究進(jìn)展

1、森林培育學(xué)進(jìn)展課程 轉(zhuǎn)基因楊樹研究進(jìn)展劉厚宇楊樹（ Populus spp） 分布廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，不僅是重要的經(jīng)濟(jì)樹種，還在水土保持和維護(hù)生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮重要作用 概念：將人工分離和修飾過的基因?qū)氲缴矬w基因組中，由于導(dǎo)入基因的表達(dá)，引起生物體的性狀的可遺傳的修飾，這一技術(shù)稱之為轉(zhuǎn)基因技術(shù)（Transgene technology）。人們常說的遺傳工程、基因工程、遺傳轉(zhuǎn)化均為轉(zhuǎn)基因的同義詞。轉(zhuǎn)基因技術(shù)方法遺傳轉(zhuǎn)化（1）間接轉(zhuǎn)化法農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法 （2）直接轉(zhuǎn)化法 A、 基因槍轉(zhuǎn)化法 B、 電擊法 C、花粉管通道法 D、 PEG介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)化法自1983年首次獲得轉(zhuǎn)基因煙草、馬鈴薯目前已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)

2、基因植株的植物已達(dá)數(shù)百種在木本植物上起步較晚，至今有包括楊樹、柑橘、櫻桃、核桃等近百種樹木獲得轉(zhuǎn)基因植株轉(zhuǎn)基因植物研究取得了令人鼓舞的進(jìn)展楊樹轉(zhuǎn)基因的優(yōu)勢(shì)分布廣泛，是世界上中緯度地區(qū)廣泛栽培的重要樹種，并且有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可用于造林、造紙、家具等；很容易進(jìn)行離體實(shí)驗(yàn)和培養(yǎng)，微繁和再生體系已經(jīng)十分成熟；很容易進(jìn)行基因轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化方法有農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、PEG法和基因槍法。轉(zhuǎn)化效率高，同時(shí)營(yíng)養(yǎng)繁殖容易，可產(chǎn)生大量克隆；研究基礎(chǔ)較好且基因組較小。 我國(guó)是世界上最早開展商業(yè)化轉(zhuǎn)基因種植的國(guó)家轉(zhuǎn)基因楊樹已經(jīng)獲得環(huán)境釋放楊樹主要改良的目標(biāo)性狀是抗蟲、抗病、降低木質(zhì)素含量、抗除草劑、抗鹽堿抗蟲轉(zhuǎn)基因楊樹林木上應(yīng)用

3、的抗蟲基因有Bt基因（蘇云金芽孢桿菌Bacillus thuringiensis)、蛋白酶抑制劑基因(PI)、 外源凝集素基因(Lectin)、 昆蟲毒素基因多酚氧化酶、脂氧化酶、膽固醇氧化酶等。其中BT基因在植物中的功能和遺傳轉(zhuǎn)化是研究最早最廣泛。 Bt基因（蘇云金芽孢桿菌Bacillus thuringiensis)B t -t o x i n基因是世界范圍內(nèi)廣泛使用的抗蟲基因。是 蘇云金桿菌在芽孢形成過程中構(gòu)成伴孢 晶體的最主要 的 蛋白。Bt蛋白的毒理研究Bt蛋白本身是無毒的，是一種原毒素。這種原毒素可以被某些昆蟲體內(nèi)的酶活化，隨后能夠結(jié)合在腸道的受體上，造成腸道穿孔。Bt毒素對(duì)鱗翅目

4、害蟲如天幕毛蟲 、舞毒蛾和楊尺蠖等抗蟲效果顯著 轉(zhuǎn)Bt基因楊樹 1986美國(guó)依阿華大學(xué)首次成功地將Bt基因?qū)氲綏顦潆s種中，并獲得了抗蟲轉(zhuǎn)基因植株 我國(guó)1991年，伍寧豐等首次報(bào)道了用Bt基因轉(zhuǎn)化歐洲黑楊，得到了轉(zhuǎn)基因植株 轉(zhuǎn)Bt基因楊樹中國(guó)的轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲歐洲黑楊于1998年得到農(nóng)業(yè)部生物工程安全委員會(huì)批準(zhǔn)在新疆瑪納斯進(jìn)行環(huán)境釋放，1999年獲得在北京、吉林，山東、江蘇、河南、陜西等6省市進(jìn)行環(huán)境釋放，2002年獲得國(guó)家林業(yè)局基因安全委員會(huì)審定批準(zhǔn)商業(yè)化。轉(zhuǎn)雙價(jià)抗蟲基因楊cornu等發(fā)現(xiàn)表達(dá)PIs和Bt-cry3A的雙價(jià)基因楊樹能阻止幼蟲生長(zhǎng)，抑制害蟲發(fā)育，提高幼蟲的死亡率。鄭均寶等(200

5、0)將部分改造的Bt基因和慈姑蛋白酶抑制劑(AP1)基因A導(dǎo)入雜種741毛白楊，獲得了3株高抗楊樹和一批對(duì)昆蟲中等死亡率的植株，這是國(guó)內(nèi)外首次報(bào)道用雙抗蟲基因獲得的抗蟲74毛白楊植株。 轉(zhuǎn)雙價(jià)抗蟲基因楊轉(zhuǎn)雙價(jià)抗蟲基因的白楊雜種741楊，經(jīng)過5年的研究，于2001年獲得林業(yè)生物基因工程安全委員會(huì)審定批準(zhǔn)環(huán)境釋放，2002年底獲得了商業(yè)化許可，目前已建立了靜海良王莊，北辰區(qū)大張莊等10個(gè)栽培示范點(diǎn)，繁育苗木170余萬株，輻射推廣3萬多畝。 轉(zhuǎn)蛋白酶抑制劑基因楊樹蛋白酶抑制劑(PI)是一類抗蟲小分子蛋白，從植物中分離出的廣譜殺蟲多肽， 可以使害蟲消化不良， 延長(zhǎng)其發(fā)育時(shí)間，減少每年的繁殖代數(shù)，降低害

6、蟲的種群數(shù)量。蛋白酶抑制劑一般不會(huì)引起害蟲的徹底死亡， 這就避免產(chǎn)生較高的選擇壓力，害蟲的抗性不至很快提高。 轉(zhuǎn)蛋白酶抑制劑基因楊樹目前已獲得蘋果、楊樹樺樹等樹種的轉(zhuǎn)基因植株。用于楊樹抗蟲基因工程的有馬鈴薯蛋白酶抑制劑基因(pin-)、水稻巰基蛋白酶抑制劑基因(OD-I)、慈姑蛋白酶抑制劑基因(AP I) 和豇豆胰蛋白酶抑制劑基因(cp)等。 13 轉(zhuǎn)蝎神經(jīng)毒素基因楊樹 資料表明，昆蟲特異性蝎神經(jīng)毒素AaIT具有較高的選擇性，對(duì)哺乳動(dòng)物和其他動(dòng)物無害，安全性好，對(duì)許多鱗翅目害蟲具有較高的毒性，是十分理想的抗蟲基因源。伍寧豐等（2000）將AaIT基因轉(zhuǎn)化楊樹雜種NL -80106(Poplus

7、 deltoidesPsimonii)，獲得了轉(zhuǎn)基因植株，分析均證實(shí)AaIT蛋白的表達(dá)，轉(zhuǎn)基因植株A5對(duì)1齡舞毒蛾幼蟲的蟲試效果最好，7d的死亡率達(dá)80-90%。 2 抗除草劑基因研究 人木本植物的外源基因主要有：來自沙門氏菌的amA基因和來自吸水鏈霉菌的bar基因。 1988年，對(duì)除草劑產(chǎn)生抗性的3-磷酸-5-烯醇丙酮酸莽草酸合成酶基因amA就被轉(zhuǎn)入雜交的白楊Nc-5339 后來， npt、als突變基因(抗磺酰脲類除草劑)和谷氨酰丙氨酶(GST) 基因相繼轉(zhuǎn)入楊樹，提高了抗除草劑性能。 抗病基因研究 用于楊樹抗病轉(zhuǎn)基因研究的有幾丁質(zhì)酶、防御和抗菌肽等基因 轉(zhuǎn)基因植株對(duì)轉(zhuǎn)基因株組織提取液對(duì)枯

8、草桿菌、農(nóng)桿菌和立枯病原菌等的生長(zhǎng)有抑制作用。 抗脅迫基因研究 近幾年來，利用基因工程的方法在研究植物抗氧化劑，低溫，土壤的鹽漬化和沙漠化抗脅迫能力方面取得了重大進(jìn)展耐鹽堿基因 耐鹽基因工程中轉(zhuǎn)化的基因主要有：甜菜堿醛脫氫基因(BADH) 、 1-磷酸甘露醇脫氫酶基因( mtl-D) 、 6一磷酸梨醇脫氫酶基因( gutD) 、 6-磷酸海藻糖合成酶基因(ostA、ostB) 以及一系列的膽堿脫氫酶基因等 2004年，獲得耐鹽轉(zhuǎn)世界上第一個(gè)可用于大田生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因抗鹽堿楊樹中天楊(八里莊楊)培育成功 ，得到了推廣。其他逆境基因抗氧化劑基因 谷胱甘肽還原酶基因 抗凍基因 查爾酮合成酶基因 Fe -SOD基因 抗旱基因 果聚糖蔗糖轉(zhuǎn)移酶基因(SacB) 轉(zhuǎn)降低木質(zhì)素基因楊樹 木質(zhì)素改良基因工程中應(yīng)用較多的有 4CL、