轉(zhuǎn)基因水稻研究的現(xiàn)狀與展望

轉(zhuǎn)基因水稻的現(xiàn)狀與未來(lái)姓名：專業(yè)：

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精選課件水稻遺傳轉(zhuǎn)化的現(xiàn)狀1轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻研究2轉(zhuǎn)基因抗病水稻研究3轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻研究4展望5主要內(nèi)容精選課件1水稻遺傳轉(zhuǎn)化的現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代末,水稻的遺傳轉(zhuǎn)化首獲成功1988年,3個(gè)不同的研究小組以水稻原生質(zhì)體為受體,采用“電擊法”或“PEG介導(dǎo)法”等方法將外源基因?qū)氲剿局胁@得再生植株精選課件第一個(gè)研究小組：日本東北大學(xué)的Toriyama等以水稻原生質(zhì)體為材料，利用電擊法獲得了水稻再生植株ToriyamaK,ArimotoaY,UchimiyaaH,etal.Transgenicriceplantsafterdirectgenetransferintoprotoplasts.NatureBiotechnology,1988,6:1072—1074第二個(gè)研究小組：英國(guó)諾丁漢大學(xué)的Zhang

等以水稻原生質(zhì)體為材料，利用電擊法獲得了水稻再生植株ZhangHM,YangH,RechEL.Transgenicriceplantsproducedbyelectroporation-mediatedplasmiduptakeintoprotoplasts.Plant

CellRep,1988,7:379—384第三個(gè)研究小組：美國(guó)康乃爾大學(xué)學(xué)的Zhang等以水稻原生質(zhì)體為材料，利用PEG介導(dǎo)法獲得了水稻再生植株ZhangW,WuR.Efficientregenerationoftransgenicplantsfromriceprotoplastsandcorrectlyregulatedexpressionoftheforeign

geneintheplants.TheorApplGenet,1988,76:835—840精選課件Diagram1水稻遺傳轉(zhuǎn)化的現(xiàn)狀1991年,Christou等使用基因槍轉(zhuǎn)化的方法在水稻中獲得成功，隨后成為水稻遺傳轉(zhuǎn)化的常用方法之一ChristouP,FordT,KofronM.ProductionoftransgenicRice(OryzaSativaL.)plantsfromagronomicallyimportantindicaandjaponicavarietiesviaelectricdischargeparticleaccelerationofexogenousDNAintoimmaturezygoticembryos.NatureBiotechnology,1991,9:957—962精選課件Diagram1993年,臺(tái)灣中央研究院生物農(nóng)業(yè)研究所的Chan等人首先采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法獲得了轉(zhuǎn)基因水稻。ChanMT,ChangHH,HoSL,etal.Agrobacterium-mediatedproductionoftransgenicriceplantsexpressingachimericalpha-amylasepromoter/beta-glucuronidasegene.PlantMolBiol,1993,22:491—5061994年日本的Hiei等以水稻成熟種子誘導(dǎo)的愈傷為受體,建立了農(nóng)桿菌介導(dǎo)的粳稻高效轉(zhuǎn)化體系,使得農(nóng)桿菌介導(dǎo)法逐漸成為了水稻轉(zhuǎn)化最常用的方法.此后,粳稻的轉(zhuǎn)化方法被進(jìn)一步優(yōu)化,使粳稻的遺傳轉(zhuǎn)化周期大幅縮短。HieiY,OhtaS,KomariT,etal.Efficienttransformationofrice(OryzasativaL.)mediatedbyAgrobacteriumandsequenceanalysisoftheboundariesoftheT-DNA.PlantJ,1994,6:271—282精選課件Diagram2006年Hiei等對(duì)秈稻的轉(zhuǎn)化體系進(jìn)行了一些優(yōu)化,使得秈稻的轉(zhuǎn)化效率得到了一定的提高。HieiY,KomariT.ImprovedprotocolsfortransformationofindicaricemediatedbyAgrobacteriumtumefaciens.PlantCellTissueOrganCult,2006,85:271—2832008年Hiei等發(fā)表了一個(gè)粳稻和秈稻均適用的農(nóng)桿菌高效轉(zhuǎn)化的方法。根據(jù)他們的結(jié)果,采用幼胚作為外植體,秈稻的轉(zhuǎn)化可以在兩個(gè)半月內(nèi)完成,且轉(zhuǎn)化效率非常高(一個(gè)幼胚可以得到5~13個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)化植株)。該轉(zhuǎn)化體系的主要缺點(diǎn)是對(duì)于秈稻品種必須以幼胚為受體材料，而幼胚的采集和分離比較麻煩,且受生長(zhǎng)季節(jié)的限制.HieiY,KomariT.Agrobacterium-mediatedtransformationofriceusingimmatureembryosorcalliinducedfrommatureseed.NatProtoc,2008,3:824—834精選課件分類關(guān)系圖表2轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻研究轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻轉(zhuǎn)植物來(lái)源抗蟲基因水稻轉(zhuǎn)動(dòng)物來(lái)源的抗蟲基因水稻精選課件Diagram2轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻研究2.1轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲水稻研究來(lái)自于蘇云金芽胞桿菌(Bacillusthuringiensis,Bt)的Bt毒蛋白基因是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的抗蟲基因之一。曾千春等（2002）將cry1Ac基因?qū)攵i稻明恢81獲得抗蟲純合系，Tu等（2000）將cry1Ab/Ac融合基因水稻進(jìn)行了大規(guī)模的田間實(shí)驗(yàn).在大田種植全生育期不噴施殺蟲劑的條件下，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)cry1Ab/Ac的水稻二化螟、三化螟和稻縱卷葉螟高度的殺蟲活性。Ghareyazie（2009）將cry1Ab/2A基因轉(zhuǎn)化水稻發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)基因的水稻對(duì)二化螟、三化螟和稻縱卷葉螟高度的殺蟲活性。曾千春,吳茜,周開(kāi)達(dá),等.修飾的cry1Ac基因?qū)攵i稻明恢81獲得抗蟲純合系.遺傳學(xué)報(bào),2002,29:519—524TuJ,ZhangG,DattaK,etal.Fieldperformanceoftransgenicelitecommercialhybridriceexpressingbacillusthuringiensisdelta-endotoxin.NatBiotechnol,2000,18:1101—1104GhareyazieB,AliniaF,MenguitoCA,etal.EnhancedresistancetotwostemborersinanaromaticricecontainingasyntheticcryIA(b)gene.MolBreed,2009,3:401—414精選課件Diagramcry1Ab/Ac1Ab/2A精選課件Diagram2轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻研究2.2轉(zhuǎn)植物來(lái)源抗蟲基因水稻研究植物來(lái)源的抗蟲基因主要有植物凝集素基因和蛋白酶抑制劑基因等。其中雪花蓮凝集素基因(GNA）是使用較為廣泛的基因。Maqbool等（2001）、Foissac等（2002）、Nagadhara等（2004）、Nagadhara等（2004）將GNA基因轉(zhuǎn)入到水稻中,獲得了純合的轉(zhuǎn)基因水稻家系。該轉(zhuǎn)基因純合家系可以顯著降低稻飛虱的存活率和繁殖力、延緩稻飛虱發(fā)育進(jìn)度并減少稻飛虱進(jìn)食量精選課件Diagram2轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻研究除了植物凝集素基因外，蛋白酶抑制劑基因是另一大類常用的植物來(lái)源抗蟲蛋白。目前已導(dǎo)入水稻的蛋白酶抑制劑基因有馬鈴薯蛋白酶抑制劑基因pinⅡ（丁玉梅等，2003）、大豆胰蛋白酶抑制劑基因SKTI（Lee等，1999）、大麥胰蛋白酶抑制劑基因BTI-Cme（Alfonso等，2003）。這些轉(zhuǎn)基因植株對(duì)褐飛虱、二化螟、稻縱卷葉螟以及線蟲等有一定抗性。精選課件Diagram2.3轉(zhuǎn)動(dòng)物來(lái)源的抗蟲基因水稻研究動(dòng)物來(lái)源的抗蟲基因在轉(zhuǎn)基因植物中應(yīng)用的不多，2001年黃建秋等將蜘蛛來(lái)源的殺蟲基因SpI轉(zhuǎn)入水稻品種秀水11和春江11中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株對(duì)二化螟、稻縱卷葉螟具有抗蟲性。2轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻研究精選課件分類關(guān)系圖表3轉(zhuǎn)基因抗病水稻研究抗白葉枯病抗稻瘟病抗紋枯病精選課件Diagram3.1轉(zhuǎn)基因抗水稻白葉枯病的研究水稻白葉枯病由白葉枯病菌(Xanthomonasoryzaepv.Oryzae，Xoo)引起，是世界水稻生產(chǎn)中最嚴(yán)重的細(xì)菌性病害。水稻遭受白葉枯病危害后,一般減產(chǎn)20%~30%，嚴(yán)重時(shí)甚至絕收。

1998年張世平等將廣譜抗白葉枯病主效基因Xa21轉(zhuǎn)入到水稻中獲得了抗白葉枯病菌水稻。翟文學(xué)等(2000)用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將Xa21轉(zhuǎn)入栽培稻包括生產(chǎn)上大面積推廣的雜交稻恢復(fù)系MH63中，所有這些轉(zhuǎn)基因植株都表現(xiàn)出Xa21的抗性。2008年吳家道等利用基因槍的方法將Xa21轉(zhuǎn)入到秈稻恢復(fù)系明恢63和保持系皖B中獲得了無(wú)選擇標(biāo)記的轉(zhuǎn)基因抗白葉枯病水稻,其所配的雜交組合對(duì)白葉枯病的抗性也顯著增強(qiáng)了.3轉(zhuǎn)基因抗病水稻的研究精選課件精選課件3.2轉(zhuǎn)基因抗水稻稻瘟病的研究稻瘟病由稻瘟病菌(Magnapothegrisea)引起，可發(fā)生在水稻的各生育期和各個(gè)部位。2003年彭昊等將Pib基因轉(zhuǎn)入粳稻品種日木晴，發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)稻瘟病具有良好抗性。2010年陳德西將Pi-d2基因轉(zhuǎn)入水稻，發(fā)現(xiàn)其對(duì)稻瘟病有很好的抗性3轉(zhuǎn)基因抗病水稻的研究精選課件1-2.急性型3.慢性型（中期）4.慢性型（后期）5.白點(diǎn)型6.褐點(diǎn)型水稻稻瘟病精選課件3.3水稻紋枯病

紋枯病由紋枯病菌(Rhizoctoniasolani)引起。水稻紋枯病可造成水稻白穗,結(jié)實(shí)率下降,粒重減輕，一般減產(chǎn)10%—30%,發(fā)生嚴(yán)重時(shí)可減產(chǎn)50%以上。2003年漢城國(guó)立大學(xué)的Kim等將核糖體失活蛋白基因(RIP)轉(zhuǎn)入水稻發(fā)現(xiàn)可以增強(qiáng)水稻對(duì)紋枯病的抗性。2009年中山大學(xué)生物工程中心袁紅旭等將幾丁質(zhì)酶基因轉(zhuǎn)入水稻發(fā)現(xiàn)：轉(zhuǎn)入幾丁質(zhì)酶基因的水稻對(duì)紋枯病的抗性顯著高于非轉(zhuǎn)基因的。3轉(zhuǎn)基因抗病水稻的研究精選課件1.初期癥狀2.莖和葉鞘癥狀及菌核3-5.葉部癥狀6.穗部癥狀水稻紋枯病精選課件Diagram4轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻研究對(duì)草丁膦抗性的轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)草甘膦抗性的轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)阿特拉津、西瑪津、異丙甲草胺抗性的轉(zhuǎn)基因水稻精選課件4轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻4.1轉(zhuǎn)Bar基因水稻抗草丁膦(phosphinothricin,PPT)除草劑對(duì)草丁膦(phosphinothricin,PPT)抗性的轉(zhuǎn)基因水稻來(lái)自吸水鏈霉菌(Streptomyceshygroscopicus)的bar基因是轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻用得最早，也是最常用的一個(gè)抗除草劑基因。導(dǎo)入bar基因（Bar基因編碼PPT乙酰轉(zhuǎn)移酶,因而可以解除PPT的活性）可以使轉(zhuǎn)基因植物特異性地獲得對(duì)草丁膦的抗性。目前，轉(zhuǎn)Bar基因水稻抗草丁膦(phosphinothricin,PPT)除草劑的報(bào)道較多（Oard等，1996；吳發(fā)強(qiáng)等，2006；富昊偉等，2001；于恒秀等，2008）精選課件4轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻4.2轉(zhuǎn)EPSPS基因水稻抗草甘膦(Glyphosate）除草劑草甘膦是孟山都公司除草劑農(nóng)達(dá)的有效成分,由于其具有高效、低毒和廣譜等特點(diǎn),已經(jīng)成為世界上使用面積最大的除草劑品種。草甘膦作用的靶酶是5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)。EPSPS是細(xì)菌和植物體內(nèi)芳香氨基酸合成過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵酶。草甘膦就是通過(guò)抑制EPSPS

的活性來(lái)抑制植物體內(nèi)芳香族氨基酸的合成從而使植物死亡?？共莞熟⒒蚬こ讨饕牟呗允峭ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)EPSPS基因而EPSPS基因超量表達(dá)，從而達(dá)到抗草甘膦。1999年Ohkawa等；2002年張宏等；2006年胡利華等；2008年蘇軍等，將EPSPS基因轉(zhuǎn)入水稻發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)入EPSPS基因的水稻對(duì)草甘膦除草劑具有抗性。精選課件4轉(zhuǎn)基因抗除草劑水稻4.3轉(zhuǎn)細(xì)胞色素P450單加氧酶基因水稻抗除草劑植物體內(nèi)過(guò)量表達(dá)細(xì)胞色素P450單加氧酶可以提高植物對(duì)除草劑的抗性,且這種抗性是廣譜性的,即可對(duì)多種不同的除草劑產(chǎn)生抗性，日本學(xué)者在這方面做了比較多的研究,他們將哺乳動(dòng)物甚至人類來(lái)源的P450單加氧酶導(dǎo)入水稻中獲得了抗除草劑水稻（Inui等，2001；Kawahigashi等，2005a，b，2006；Sakiko等，2008），另外，這種過(guò)量表達(dá)P450單加氧酶的水稻除了可以抗除草劑外,還可以清除環(huán)境中的殺蟲劑或其他有害有機(jī)物質(zhì)的殘留。精選課件InuiH,ShiotaN,IdoY,etal.HerbicidemetabolismandtoleranceinthetransgenicriceplantsexpressinghumanCYP2C9andCYP2C19.PesticBiochemPhysiol,2001,71:156—169KawahigashiH,HiroseH,OhkawaHetal.TransgenicRicePlantsExpressingHumanCYP1A1RemediatetheTriazineHerbicidesAtrazineandSimazine.J.Agric.FoodChem,2005a,53,8557-8564KawahigashiH,HiroseH,OhkawaHetal.PhytoremediationofMetolachlorbyTransgenicRicePlantsExpressingHumanCYP2B6.J.Agric.FoodChem,2005b,53,9155-9160KawahigashiH,HiroseH,OhkawaHetal.PhytoremediationoftheHerbicidesAtrazineandMetolachlorbyTransgenicRicePlantsExpressingHumanCYP1A1,CYP2B6,andCYP2C19.J.Agric.FoodChem,2006,54,2985-2991Atrazine阿特拉津Simazine西瑪津

Metolachlor異丙甲草