转基因杨树研究进展

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1、森林培育学进展课程转基因杨树研究进展刘厚宇•杨树(Populusspp)分布广泛,适应性强,不仅是重要的经济树种,还在水土保持和维护生态环境方面发挥重要作用转基因技术概念:将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中,由于导入基因的表达,引起生物体的性状的可遗传的修饰,这一技术称之为转基因技术(Transgenetechnology)。人们常说的"遗传工程"、"基因工程"、"遗传转化"均为转基因的同义词。•方法遗传转化•(1)间接转化法——农杆菌介导转化法•(2)直接转化法•A、基因枪转化法•B、电击法•C、花粉管通道法•D、PEG介导基因转化法•自1983年首次获得转基因烟草、马铃薯•目前

2、已经获得转基因植株的植物已达数百种•在木本植物上起步较晚,至今有包括杨树、柑橘、樱桃、核桃等近百种树木获得转基因植株•转基因植物研究取得了令人鼓舞的进展杨树转基因的优势•分布广泛,是世界上中纬度地区广泛栽培的重要树种,并且有较高经济价值,可用于造林、造纸、家具等;•很容易进行离体实验和培养,微繁和再生体系已经十分成熟;•很容易进行基因转化,转化方法有农杆菌介导法、PEG法和基因枪法。转化效率高,同时营养繁殖容易,可产生大量克隆;•研究基础较好且基因组较小。•我国是世界上最早开展商业化转基因种植的国家•转基因杨树已经获得环境释放•杨树主要改良的目标性状是抗虫、抗病、降低木质素含量、抗除草剂、抗

3、盐碱抗虫转基因杨树•林木上应用的抗虫基因有Bt基因(苏云金芽孢杆菌Bacillusthuringiensis)、蛋白酶抑制剂基因(PI)、外源凝集素基因(Lectin)、昆虫毒素基因多酚氧化酶、脂氧化酶、胆固醇氧化酶等。其中BT基因在植物中的功能和遗传转化是研究最早最广泛。Bt基因(苏云金芽孢杆菌Bacillusthuringiensis)Bt-toxin基因是世界范围内广泛使用的抗虫基因。是苏云金杆菌在芽孢形成过程中构成伴孢晶体的最主要的蛋白。Bt蛋白的毒理研究Bt蛋白本身是无毒的,是一种原毒素。这种原毒素可以被某些昆虫体内的酶活化,随后能够结合在肠道的受体上,造成肠道穿孔。Bt毒素对鳞翅

4、目害虫如天幕毛虫、舞毒蛾和杨尺蠖等抗虫效果显著转Bt基因杨树•1986美国依阿华大学首次成功地将Bt基因导入到杨树杂种中,并获得了抗虫转基因植株•我国1991年,伍宁丰等首次报道了用Bt基因转化欧洲黑杨,得到了转基因植株转Bt基因杨树•中国的转Bt基因抗虫欧洲黑杨于1998年得到农业部生物工程安全委员会批准在新疆玛纳斯进行环境释放,1999年获得在北京、吉林,山东、江苏、河南、陕西等6省市进行环境释放,2002年获得国家林业局基因安全委员会审定批准商业化。转双价抗虫基因杨•cornu等发现表达PIs和Bt-cry3A的双价基因杨树能阻止幼虫生长,抑制害虫发育,提高幼虫的死亡率。•郑均宝等(2

5、000)将部分改造的Bt基因和慈姑蛋白酶抑制剂(AP1)基因A导入杂种741毛白杨,获得了3株高抗杨树和一批对昆虫中等死亡率的植株,这是国内外首次报道用双抗虫基因获得的抗虫74毛白杨植株。转双价抗虫基因杨•转双价抗虫基因的白杨杂种741杨,经过5年的研究,于2001年获得林业生物基因工程安全委员会审定批准环境释放,2002年底获得了商业化许可,目前已建立了静海良王庄,北辰区大张庄等10个栽培示范点,繁育苗木170余万株,辐射推广3万多亩。转蛋白酶抑制剂基因杨树•蛋白酶抑制剂(PI)是一类抗虫小分子蛋白,从植物中分离出的广谱杀虫多肽,可以使害虫消化不良,延长其发育时间,减少每年的繁殖代数,降低

6、害虫的种群数量。蛋白酶抑制剂一般不会引起害虫的彻底死亡,这就避免产生较高的选择压力,害虫的抗性不至很快提高。转蛋白酶抑制剂基因杨树•目前已获得苹果、杨树桦树等树种的转基因植株。用于杨树抗虫基因工程的有马铃薯蛋白酶抑制剂基因(pin-Ⅱ)、水稻巯基蛋白酶抑制剂基因(OD-I)、慈姑蛋白酶抑制剂基因(API)和豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(cpⅡ)等。1.3转蝎神经毒素基因杨树•资料表明,昆虫特异性蝎神经毒素AaIT具有较高的选择性,对哺乳动物和其他动物无害,安全性好,对许多鳞翅目害虫具有较高的毒性,是十分理想的抗虫基因源。•伍宁丰等(2000)将AaIT基因转化杨树杂种NL-80106(Poplus

7、deltoides×P.simonii),获得了转基因植株,分析均证实AaIT蛋白的表达,转基因植株A5对1龄舞毒蛾幼虫的虫试效果最好,7d的死亡率达80%-90%。2抗除草剂基因研究•人木本植物的外源基因主要有:来自沙门氏菌的amA基因和来自吸水链霉菌的bar基因。•1988年,对除草剂产生抗性的3-磷酸-5-烯醇丙酮酸莽草酸合成酶基因amA就被转入杂交的白杨Nc-5339•后来,nptⅡ、als突变基因(

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