生物技术在桉树遗传育种中的应用

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1、万方数据200l桉树科技第2期15生物技术在桉树遗传育种中的应用杨模华1李志辉1刘友全1汪晓萍2(1．中南林学院湖南株州412006)(2．湖南省林业厅湖南长沙410007)摘要：为全面了解现代生物技术在桉树遗传育种中的作用，本文概述了桉树组织培养、基因工程转化、按树遗传图谱构建、数量性状位点(QIL)的定位、桉树DNA指纹图谱分析、分子水平系统发育研究、遗传结构和遗传多样性等方面的研究现状，探讨了生物技术方法和手段在改良桉树种质资源、培育新品种等方面的重要作用。关t词：生物技术；育种；桉树广义的生物技术育种在农业

2、中应用已达几个世纪，狭义生物技术即指高新生物技术，其高新生物技术在农业上的抗性育种及品种改良方面的应用从1980年代开始，得到了迅速发展。生物技术在林业上的应用，由于林木生长周期长，林木杂合度高，受到了一定的限制，应用时间短。杨、松、杉等树种应用生物技术方法和手段，开展了卓有成效的研究；生物技术在桉树遗传改良、抗性育种方面的应用，1990年代得到了迅速发展。在遗传改良研究中遗传标记是最重要的工具。分子标记是继形态标记，细胞学标记和生化标记之后发展起来的，以DNA多态性为基础的一种新的遗传标记，是基因型特殊的易于识别

3、的表现形式。与其他三种遗传标记相比，分子标记直接以DNA的形式表现，在植物体各组织，各发育时期均可检测到且数量极多；多态性高；表现为“中性”，不影响目标性状的表达；与不良性状无必然有连锁，不需专门创造特殊的遗传材料。桉树是最早利用分子标记进行遗传研究的树种之一。l桉树组织培养植物组织培养是生物技术育种得以发展的前提。它利用植物细胞具备再生完整植株的潜力，即细胞的全能性，培养植物的一个离体器官、组织或细胞，再生出完整的小植株。桉树组培于1960年代，在一些种类中展开并获得了成功[1一】。迄今为止，桉树组织培养有60多

4、个种已获得成功，绝大部分是国外首先取得成功，国内在雷林l号桉、尾巨校、巨尾桉等树种首先取得成功[5】。桉树组织培养主要有胚培养、芽培养及嫩茎培养、木瘤培养、根培养、花芽培养、愈伤组织培养、花药培养、悬浮培养、原生质体培养、体细胞胚培养和人工种子的研制等方式。由于组织培养技术日臻完善，完成了从实验技术到生产技术的转变，无性系林业发展迅速，无性系造林在桉树引种栽培国家已发展成为主要的造林方式，如巴西、南非，无性系林分产量已达120lIl3．hm一2a～，经济效益尤为显著[3】。万方数据16生物技术在桉树遗传育种中的应用

5、2桉树基因工程所谓的基因工程是指在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合并使之渗入到原先没有这类分子的寄主细胞内，而能持续稳定的繁殖[6】。这已成为一个很有发展前景的植物遗传改良的方法，是植物分子育种的核心内容。由于生物界中生命形式的多样性归根结底是由生物染色体上DNA核苷酸碱基序列的差异而引起的，因此在DNA分子水平上进行特定的核苷酸序列变化的操作将最终导致生物性状的变化，这样便有可能获得我们所期望的性状，达到性状改良的目的。植物基因工程中，狭义的基因工程包含确定意义的基因转移和基因重组

6、。为此包含了以下两个步骤：第一，分离，纯化并繁殖足够数量的特定基因；第二，设法将这些基因插入到拟改良的植物染色体中。林木中已有多种树开展了基因工程的研究。自从Teu“eres—C等[7】(1991)首次在冈尼桉原生质体上比较PEG法和电脉冲法控制下转化报告基因的差异以来，在近10年里，已有冈尼桉阳】，柠檬桉[9】’蓝桉[1㈨引，赤桉Ⅱ¨7I，巨桉n8

7、，小帽桉等先后进行的遗传转化的初步研究，和其它木本植物一样，转入的基因也有报告基因和目的基因，其中报告基因转化最为成功，目的基因转化并得到再生植株的报到较少。现已获得

8、转基因桉树的有蓝桉[1引，赤桉【1卜撕】，巨桉n8】。桉树基因工程的研究领域涉及抗性(抗虫、抗病，抗寒等)和品种性状改良方面。桉树基因工程遗传转化最早使用的材料有原生质体，如冈尼桉‘引，柠檬桉‘引，随后使用了胚状体材料如蓝桉【lo】，外植体n引，合子胚nll，根瘤‘15】、幼苗‘131和子叶‘sl。桉树遗传转化方法中使用了PEG法，电击法，基因枪法等物理的直接转基因方法；此外，还利用了生物素转化，根癌农杆菌转化系统，发根农杆菌转化，其中比较成功的是根癌农杆菌转化系统，1998年HO—CR和ChaIlg—SH等【16

9、1已成功地用根癌农杆菌介导转化赤桉并进行了转基因植物生产，并测得GuS基因在其转化植株的叶子，茎和根中均有表达。最近的研究表明，桉树基因工程已着重强调对目的基因的转化，如1999年澳大利亚UeweⅡyn—D等[17】对赤桉进行了抗虫性和耐除草剂的遗传转化研究，而Maunders—MJ等【18】为提高桉树木桨产量，生产优质纸桨材，他们通过遗传转化对桉树纤维素特