发根诱导技术现状初探.doc

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1、发根诱导技术现状初探发根最早于1907年被人发现通过发根农杆菌诱导而形成，起初被理解是一种病变现象，人们对其致病机制进行了相关研究［1］。将发状根作为植物组织、器官离体培养且用于次生代谢物的生产是在20世纪80年代后期。国内外学者对发根农杆菌进行了不断的研究探索，发根利用其快速生长、遗传和生物合成稳定且不需要添加任何外源植物激素等优点，在工、农、医药、环保等各个行业被广泛的运用［2］。发根培养技术正是基于此基础上快速发展起来的一项新培养技术，利用其得天独厚的优势大规模生产次生代谢物，可以很好的解决珍稀药用植化产品资源紧缺的问题(如白藜芦醇、黄连素和人参皂昔)，因

2、而，利用培养植物发根来得到次生代谢产物逐渐成为了国内外学者研究、关注的热点［3］。一、发根的概念发根又被称作毛状根，其实是植物的一种病理现象，由发根农杆菌侵染植物整体或植物体的单一器官、组织与单个细胞甚至植物原生质体所致［4］o它主要是利用发根农杆菌(Agrobacteriumrhizogenes)Ri-质粒中的T-DNA片段整合到植物细胞的DNA上，最终诱导出毛状根(hairyroot),而毛状根和转化植株也能够牛成Ri-T-DNA的表达产物冠瘗碱［5］,从而建立起毛状根培养系统。二、发根诱导技术发展概况从20世纪初植物细胞全能性的概念建立以來，目前在植物组织

3、和细胞培养的研究方面已取得了相当大的进展，如单倍体技术、原生质体培养、细胞的杂交融合、试管苗繁殖技术、体细胞变异以及突变体的选择与利用等。上世纪80年代，在基因工程研究的不断深入以及人们对珍稀药用植物需求量的加大，而大量消耗野生资源并不足以满足人们的需要的状况下，其研究也进一步深入到细胞工程中来，成为了细胞培养研究的新方向。其中通过发根农杆菌Ri质粒介导植物遗传转化，建立发根培养系统来生产天然植物屮的次生代谢物更是成为了植物基因工程和细胞工程相结合的一项新技术。自1907年有学者首次发现发根以来，随后又经过几十年的研究，于上世纪80年代后期，将植物发根离体培养并

4、用于次生代谢物的生产。到冃前为止，发根农杆菌诱导植物产生发根技术以其独特优势，广泛的运用于工业、农业、医药、环保等各个行业。有以下特点：1•转化的发根在培养基上具有生长快，周期短，生产效率高优点；2•发根来源于一个转化细胞，具有克隆性且可以避免造成嵌合体，容易筛选出高产稳定的发根繁殖体；发根也具有激素自主型生长的特点，培养基屮不需要加外源植物牛长调节剂，克服了植物细胞培养屮对外源植物激素的依赖性，同时大大降低了生产成本；3.发根的分化水平一般较高，而植物次生代谢物较易在分化水平高的植物组织中产生、积累，植物的根并口是多种次生代产物产生的场所，因此，转化的发根是获

5、得次生代谢物很好的组织;4.发根遗传性状稳定，不易发生染色体及DNA的各种变异从而引起次生代谢物产量的下降，其生化特性也很稳定，通常培养多年，其生长速度和合成能力都不会下降；因此利用发根培养高产次生代谢物很快成为人们研究的热点，发根培养还可以通过Ri质粒作为植物基因工程的载体将冃的外源基因导人植物体，由发根转化的再生植株及其后代一般都会表现出许多可遗传的变异性状，其中许多变异如植株矮化、节间仲长缩短、根系膨大、生长周期变短、花型叶型改变等在改良园艺植物詁种中有相当大的应用价值。在1973年Ackemann便首次阐述了通过发根农杆菌来诱导转化高等植物［6］,进入2

6、0世纪80年代，人们又开始尝试将发根用来生产次生代谢物并取得了不错的成果，在1986年ManoY等利用发根农杆菌诱导口本萇君产生毛状根无性系并生产出阿托品烷生物碱，其中选育出的克隆植株，更是发现其罠蓉碱含量高达1.3%,是原天然植株根中含量的3倍［7］。90年代国内外学者加大了对植物转基因发根方面的研究，1991年，Roest等人用发根农杆菌感染了英国拣节茎的外植体，并且获得能够表达GUS基因的转化发状根［8］,1992年，ThomasMR等也通过发根农杆菌A4R1022、R1205和脱毒根癌农芦菌EHA101共同转化苜蓿叶，得到可遗传的变异苜蓿［9］o1995

7、年,蔡国琴等通过用发根农杆菌R1601侵染药用植物青蒿转化毛根并在毛根中检测到含量不低了青蒿素［10］o最近的十余年，发根培养技术着重于生物制药及珍稀药用植物次生代谢物的获取，如白藜芦醇［11］、花粉蛋白［12］人参皂＜［13］等药物在相应发根中都能检测到并提取出来用于生物制药。三、发根农杆菌在发根诱导上的应用1.发根农杆菌的发根诱导机制发根培养就是将发根农杆菌Ri质粒中所含有的T-DNA片段整合到冃标细胞的DNA±,继而诱导产生出发状根，通过发状根和转化株合成表达产物冠瘻碱建立起来的毛状根培养体系。发根农杆菌首先通过识别植物伤口渗出液的信号分子到达目标区域，其

8、次在其体内也含有能够诱导