转基因杨树研究进展

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。转基因技术•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(2000)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(Poplusdeltoides×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(抗磺酰脲类除草剂)和谷氨酰丙氨酶(GST)基因相继转入杨树，提高了抗除草剂性能。抗病基因研究•用于杨树抗病转基因研究的有几丁质酶、防御和抗菌肽等基因•转基因植株对转基因株组织提取液对枯草杆菌、农杆菌和立枯病原菌等的生长有抑制作用。抗胁迫基因研究•近几年来，利用基因工程的方法在研究植物抗氧化剂，低温，土壤的盐渍化和沙漠化抗胁迫能力方面取得了重大进展耐盐碱基因•耐盐基因工程中转化的基因主要有：甜菜碱醛脱氢基因(BADH)、1-磷酸甘露醇脱氢酶基因(mtl-D)、6一磷酸梨醇脱氢酶基因(gutD)、6-磷酸海藻糖合成酶基因(ostA、ostB)以及一系列的胆碱脱氢酶基因等•2004年，获得耐盐转世界上第一个可用于大田生产的转基因抗盐碱杨树——中天杨(八里庄杨)培育成功，得到了推广。其他逆境基因•抗氧化剂基因谷胱甘肽还原酶基因•抗冻基因查尔酮合成酶基因Fe-SOD基因•抗旱基因果聚糖蔗糖转移酶基因(SacB)转降低木质素基因杨树•木质素改良基因工程中应用较多的有4CL、COMT、CCoAOMT、CAD等基因•三倍体毛白杨，毛白杨中获得转基因植株，降低了木质素含量。转基因工作中存在的问题及解决方法•转基因植株环境释放后的安全性问题(1)打破生态平衡(2)产生新的过敏原(3)基因污染•转基因杨树的应用前景谢谢大家