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转基因技术在苹果遗传育种改良中的应用

花匠小妙招
2024-11-23 09:57

转基因技术在苹果遗传育种改良中的应用方信武1冯凤娟2张良智2(1.寿光市第五中学山东寿光262700;2.山东交通学院山东济南250023)摘要:转基因技术是指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,引起生物体性状的改变。目前转基因技术主要应用在苹果的生产特征如抗病虫能力、抗逆性、矮化、早熟以及消费特征如提高营养成分含量、改善口味、改善着色等方面。本文介绍了20年来转基因技术在苹果遗传育种改良方面取得的重要进展并提出目前苹果转基因技术遇到的难题及转基因产品安全等问题。关键词:转基因技术苹果遗传育种中图分类号:S661.1文献标识码:A文章编号:1674-2060(2014)11-0065-02苹果作为世界四大水果之一,有着‘一天一苹果,医生远离我’的美誉。苹果因其独特的口感和丰富的营养价值,深受全世界消费者的喜爱。苹果也是我国农业部确定的11种优势农产品之一。过去的20年,我国的苹果产量连续增长,目前是全世界最大的苹果生产国。苹果果实中含有丰富的糖、酸和酚类等初生和次生代谢物质,可以预防癌症、呼吸系统及心脑血管等疾病。长期以来,由于苹果是高度杂合的树种,且童期较长,育种工作者面临着苹果育种周期长,选育结果难以控制等困难。随着人们健康饮食意识的不断增强,利用转基因技术培育具有优良农艺性状的苹果新品种成为果树工作者研究的热点之一。首先,用于苹果遗传转化研究的受体基因型越来越多;其次,外源基因涉及到改良植物性状的目的基因范围也越来越广,通过转基因技术可以在生产特征和品质特征两个方面对苹果进行改良。本文就转基因技术在苹果遗传育种方面的应用进展作一综述。1抗性改良1.1提高抗病虫能力提高抗病能力的遗传转化主要集中在提高苹果抗火疫病、黑星病和轮纹病等方面。苹果火疫病是由革兰氏阴性菌Erwiniaamylovora引起的一种细菌病害,最早是1784年在美国东北部发现的,随后蔓延到全球其它苹果生产区,目前在中国尚无火疫病在苹果上的报道。Erwiniaamylovora往往通过树体伤口感染花、果和树枝等部位,严重时会造成整个果园的毁灭,目前尚无有效的治疗措施。Flachowsky等[1]将山荆子中的抗病基因mbr4转化苹果‘皮诺娃’,与非转基因的相比,过量表达mbr4的转基因株系提高了对火疫病的抗性。苹果黑星病(Venturiainaequalis)又称疮痂病,可以感染叶片和果实,是世界性苹果病害。欧洲、美国、日本及中国的北方多省市危害严重。Vf(Venturiafloribunda)基因源自多花海棠,是显性的抗黑星病基因。Vfa1和Vfa2在‘Gala’苹果中过量表达可以明显提高其对黑星病的抗性[2]。屠煦童等[3]将湖北海棠MhRAR和MhSGT1基因转化富士苹果,两种转基因苹果株系被苹果轮纹病病原菌侵染后,与对照相比都表现出抗氧化酶活性迅速升高、MDA含量变化较平缓的趋势。此外,我国的张丽丽[4]和王英[5]将β-1,3-葡聚糖酶基因分别转入嘎啦和富士苹果中,并利用苹果轮纹病病原菌对转基因植株进行了抗病性分析,转化株的β-1,3-葡聚糖酶、PAL和PPO活性较非转化株高,具有较强的抗病性。病虫危害是影响苹果产量和质量的众多因素之一,会造成树势生长减弱,产量降低,甚至树体死亡。因此,也是果树转基因的主要目的之一。目前研究较多的抗虫基因有来自苏云金杆菌的Bt蛋白基因、异戊基转移酶基因(ipt)及来自植物的豇豆胰蛋白酶抑制剂基因(CpTI)等[6]。1.2提高抗逆境能力苹果为多年生果树,生命周期长,树体在生长发育过程中难免遭受各种生物或非生物胁迫(如干旱、低温、盐碱地等),通过转基因手段提高植株抗逆性已取得阶段性成果。研究表明,与钙调磷酸酶B类蛋白互作的蛋白CIPK广泛参与植物对非生物胁迫(如抗盐、抗旱和抗冷等)的应答反应。王荣凯[7]将MdCIPK6基因转入嘎啦苹果,结果表明,与野生型和反义转基因株系相比,过量表达MdCIPK6和MdCIPK6T175D能够明显提高苹果的抗逆性。MYB类转录因子在植物抗逆胁迫过程中起着重要的作用。转水稻Osmyb4基因的‘绿袖’苹果植株的抗寒和抗旱性有所增强[8]。液泡膜Na+/H+逆向转运蛋白利用液泡膜上的H+-ATPase和H+-PPiase建立的跨膜质子梯度为驱动力,将Na+运入液泡区隔化,从而减少Na+对细胞质中细胞器的毒害。CBF基因是一类受低温诱导的反式作用因子,能激活植物体内的多种耐逆机制。M.26过量表达MdNHX1和PpCBF1,分别提高了转基因植株的耐盐性[9]和抗寒性。2树体性状改良为了提高育种效率,缩短育种周期,果树育种者在缩短童期方面已做了大量的工作。FLOWERINGLOCUST(FT)是编码成花素基因,大量研究表明FT同源基因可促进植物提早开花。转MdFT1基因的‘JM2’和‘Pinova’在离体培养条件下开花,而同样培养条件下对照没有表现出早花性[10]。TFL1是保持植物的花序分生组织特性的基因,其突变后限制正常无限花序的发育。MdTFL1基因被干扰后,离体培养的转基因苹果植株6个月后开始开花[11]。苹果矮化密植是当今的主要趋势,植物的矮化主要是由于茎节间的生长被受抑制而引起的,多与赤霉素或植物生长激素等体内激素的代谢及作用的异常有关。赤霉素生物合成酶沉默后,降低了GAs的生物活性,获得了矮化的‘绿袖’[12]。3品质改良随着苹果产量持续增加、市场供应充足和国际竞争不断加剧,苹果品质问题成为生产者和消费者关注的焦点。Li等[13]将Lc基因转入‘HolsteinerCox’,转基因植株花青素合成增加。除了果实大小和外观色泽,人们对果品风味、果肉色泽、糖酸含量、硬度和果型指数等都有了更高要求和期待。ACC合成酶是植物乙烯合成中的关键作者简介:方信武(1976—),男,中学一级教师。BIOTECHWORLD生物技术世界65

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