现代分子生物学小论文

中国因大豆最新研究进展报告（专题三）摘要：大豆是重要的油料作物和饲料作物，也是人类的主要食用蛋白和工业原料的来源。而转基因是一种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的现代技术。目前，越来越多的转基因技术运用到食品医药行业当中。大豆的转基因研究是国内外植物分子生物学研究的热点之一，通过将目的基因整合到大豆基因中，可获得抗虫大豆，其出油率也高于普通大豆。转基因大豆已成为世界大豆主产国大豆产业发展的主要动力。本文概述转基因大豆依据的主要理论，目前国内研究进展，转基因大豆的现状及其安全问题等等。关键词：转基因大豆食品安全研究进展外源基因现状前言：大豆是重要的油料作物和高蛋白粮饲兼用作物，含有丰富的蛋白质、脂肪和多种人体有益的生理活性物质。随着基因工程研究的升入，用转基因来改变大豆的性状已被广泛应用。转基因大豆最早的报道是1984年DeBloke等和Horsch等的研究结果。1988年，McCabe和Hinchee分别用基因枪轰击大豆未成熟胚生长点和用农杆菌侵染大豆子叶节的方法获得转基因植株。1994年5月，美国孟山都公司培育的抗草甘膦除草剂转基因大豆首先获准在美国商业化种植。1997年，杜邦公司获得美国食品药物管理局批准推广种植高油酸转基因大豆。1998年AgrEvo公司研制的抗草丁膦大豆被批准进行商业化生产。转基因大豆品种的育成和推广是世界大豆科技史上具有里程碑意义的重大突破，已成为世界大豆发展生产的主流趋势。1转基因大豆简介转基因大豆最早来源于美国，1996年春，美国伊利诺伊西部许多农场主种植了一种大豆新品种，这种大豆是移植了矮牵牛的一种基因。这个新大豆品种可以抵抗杀草剂——草甘膦（毒滴混剂）。草甘膦会把普通大豆植株与杂草一起杀死。这是人类历史上第一次成功培育转基因大豆。转基因大豆包括抗草胺膦转基因大豆，抗磺酰脲类除草剂转基因大豆，抗草甘膦转基因大豆等等。目前以抗草甘膦为目标而创制出的抗除草剂作物占绝对优势，其中尤以抗草甘膦大豆在世界范围内种植面积最广。2转基因大豆的主要理论2.1转基因技术理论转基因研究技术的中心环节即为DNA重组技术，其主要技术是，从目的的供体物种体内获得带有特定优良遗传性状的DNA片段，即目的基因，利用花粉管通道法、农杆菌转化法等方法直接或通过载体导入被改造物种即“受体物种”的胚胎内，其最终目的是将DNA片段转入为一个生物体，从而使该生物体具有表现某种性状。转基因打破了物种的界限，使不同种的生物的遗传物质在分子水平上重新组合在一起，并且完全可以按照人的意志或目的，实现对生物体的改造。2.2遗传学理论生物的DNA是主要的遗传物质，遗传信息从DNA通过转录成RNA，RNA通过翻译成蛋白质，从而间接地控制着生物所有生理生化活动和性状的表现。转基因即将目的基因整合到受体的DNA上，通过转录和翻译将目的基因的性状表现出来，可实现性状的稳定遗传。2.3基因扩增理论基因扩增一般采用PCR扩增技术，是大量获得目的基因的手段之一。其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物，运用碱基互补配对原理完成基因的复制。PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成。重复循环这三过程，2～3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。3中国转基因大豆的研究进展目前，我国的转基因大豆正处于中间试验和环境释放试验阶段。近些年来，以重组DNA技术和植物离体再生技术础的植物基因工程在大豆上的研究倍受青睐为外源基因导入大豆提供了有效的受体系统。我国研究者们采用不同的转化方法和受体建立了各种大豆转基因体系。3.1大豆遗传转化技术研究随着转基因作物种植面积的日益扩大，遗传转化技术在作物新品种培育、基因功能研究等领域中的作用越来越大。应用于大豆育种上的遗传转化技术主要有：农杆菌介异法、花粉管通道法、基因枪法、电击法、PEG转化法、超声波法等。目前国内主要是超声波辅助农杆菌转化法和花粉管通道法。3.1.1农杆菌介导法农杆菌介导法是获得第一个转基因植物的方法。它已成为植物基因转化的首选方法。农杆菌是革兰氏阴性土壤杆菌，目前与植物基因转化有关的2种类型为：根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)和发根农杆菌(Agrobacteriumrhizogenes)，分别含有Ti质粒和Ri质粒。在植物基因工程中，利用根瘤农杆菌介导的遗传转化最多。根瘤农杆菌具有趋化性，侵染受体时，在植物受伤组织产生的一些糖类和酚类物质诱导下，向受伤组织集中，通过供体和受体特异互作，农杆菌细胞识别并附着到植物细胞表面，将Ti质粒上的一段T2DNA片段导入植物细胞基因组中。徐香玲等利用农杆菌介导法将大豆花叶病毒外壳蛋白质转入了大豆植株。卜云萍等采用农杆菌介导的大豆子叶节系统成功将Δ6——酶基因导入大豆。3.1.2声波辅助农杆菌介导法超声波辅助农杆菌转化法是近年来发展起来的一种遗传转化方法。其原理是利用低声强脉冲超声波的物理作用，击穿细胞膜，使外源DNA进入细胞。在进行农杆菌转化时用超声波处理外植体组织，使其产生小的通道有利于农杆菌进入植物细胞内。3.1.3花粉管通道法它是由周光宇等在19年建立并在长期科学研究中发展起来的。其主要原理是将含目的基因的DNA放到授粉后不久经切割的花柱上，DNA沿着花粉管到达胚珠，并进一步整合到胚珠的基因组中，受精卵发育成植株时，即获得了转基因植物。雷勃钧等最早在大豆上应用花粉管通道技术进行转基因研究通过花粉管通道法直接导入外源DNA，育成了高产、优质、高蛋白大豆新品种“黑生101”。3.1.4基因枪法基因枪法也叫微弹轰击法，是最有希望的基因转移技术之一。在这项技术中，DNA吸附在微载体(钨粉或金粉粒子)表面，然后以高压气体或高压放电为动力，金属微粒被射入受体植物细胞，实施转化。获得转基因大豆的首例报道在1988年，McCabe等用基因枪轰击芽生长点，诱导芽分生组织形成丛生不定芽后再生成完整植株。2002年王萍等在研究影响基因枪转化效率时发现，未成熟子叶被轰击后在高渗培养基中停留的天数是影响大豆转化率的主要因素之一。3.2转入大豆的外源基因类型研究3.2.1抗除草剂基因抗除草剂基因的研究是目前大豆转基因研究中最成功的，利用的基因主要有两类，一类是可以改变除草剂靶物敏感性的基因，另一类是除草剂解毒基因，包括来自农杆菌的CP4EPSPS、pat和psbA基因等。目前应用面积较大的是抗草甘膦除草剂的转基因大豆品种，其次是抗草铵膦品种，此外还有抗磺酰脲类除草剂(绿磺隆、氯嘧磺隆等)品种。由于草甘膦具有高效、安全、无残留、杀草谱广的突出优点，使种植者大大地降低了除草成本，而获得丰厚的经济效益。国外通过基因枪转化获得的抗草铵膦转基因大豆新品种A-27-04-14、A5547-127分别含2个、1个pat基因，1997年经营养、环境安全评价后申请进入商业化生产。我国获得的转基因抗阿特拉津大豆，是我国最早的转基因抗除草剂作物。3.2.2抗虫基因大豆抗虫转基因研究涉及到来自苏云金杆菌的Bt基因和豇豆胰蛋白酶基因。徐香玲等以Ti质粒为介导，将Pkt54B7C5质粒上的B、t、Kδ内毒素蛋白基因导入东北大豆“黑农37”、“黑农39”等品种；郭三堆等将构建成的带有CryIA和Cpti2个基因的pGB14ABC植物高效表达载体，通过花粉管通道法，获得了有较好抗虫能力的再生植株；苏彦辉等用Bt基因和GUS基因通过基因枪和根癌土壤杆菌介导转入主栽大豆品种中获得了再生植株；高越峰等利用RT-PCR方法扩增出大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制剂基因单一目的片段DNA并成功克隆且转化到烟草中去，获得了具有明显抗棉铃虫能力的转基因烟草。3.2.3抗病基因抗病基因研究主要是病毒外壳蛋白(viruscoatprotein)基因和几丁质酶基因。近年来，人们已相继克隆了SMVCP基因、NIB基因、NIA基因，并构建植物表达载体Psml24等转化土壤农杆菌，获得转基因大豆(或烟草)植株。徐香玲等利用农杆菌介导法将几丁质酶基因导入东农37号、吉林28号大豆中用于抗大豆真菌病害的研究；刘德璞等通过花粉管介导法，将具有高抗花叶病的外源DNA导入大豆基因组中获得抗SMV的大豆新品系。3.2.4抗逆境基因目前已分离出大量与抗逆代谢相关的基因，包括与抗(耐)寒有关的脯氨酸合成酶基因、鱼抗冻蛋白(AFP)基因、拟南芥叶绿体32磷酸甘油酰基转移酶基因，与抗旱有关的茧蜜糖合成酶基因及一些植物去饱和酶基因等。中国在抗逆基因的分离、克隆和转化等方面的研究已取得一定进展，克隆了耐盐碱相关基因，但多运用在烟草、番茄、小麦、玉米等作物上，在大豆上鲜有报道。4中国转基因大豆发展现状及安全问题4.1中国转基因大豆发展现状转基因大豆是世界上最早商品化、推广应用速度最快的转基因作物。国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）2008年2月13日公布的年度报告显示，2007年全球转基因作物的种植面积达到1.143亿hm²，是1996年的67倍。其中转基因大豆依然是种植最广泛的转基因作物，占全球转基因作物总种植面积的57%。目前我国已正式批准棉花、西红柿、烟草和牵牛花4种转基因作物进行商业化生产，但真正商业化生产的转基因作物只有棉花。作为世界第4位大豆主产国，我国转基因大豆正处于中间试验和环境释放试验阶段。未能实现转基因大豆的商业化生产和大面积示范推广。4.2转基因大豆的安全性转基因大豆安全问题主要在于基因修饰物本身及其产品是否安全，是否对动物和人产生毒性和致敏性等潜在危害。目前，从阶段性试验的结果来看，抗草甘膦转基因大豆的基因产物EPSPS蛋白质，尚不会引起人和动物的过敏反应。由于转基因食品诞生时间较短，关于转基因大豆安全性的慢性毒性实验还缺少数据。5结语我国已获得一批具有自主知识产权的关键基因，逐步优化了大豆遗传转化体系，获得了一批具有潜在应用价值的转基因材料，建立了安全评价和检测监测技术体系。中国大豆产业应和其它主要农作物一样，大力加强大豆转基因生物技术的研发，早日创造出具有中国特色和自主产权的、已建立高效、稳定的大豆遗传转化受体系统的安全的转基因大豆。发展转基因大豆有利于改革耕作制度，降低生产成本，提高种植效益，对于提升我国大豆产业的市场竞争力、保障国家粮食安全、促进农民增收具有重要意义。目前，大豆抗病毒基因工程进展还是非常缓慢，至今只有几例成功的报道，而且未见通过基因工程培育的抗病毒大豆品种在实践中应用的报道。抗病毒转基因大豆的研究任重道远，仍然需要在优化受体系统、提高转化率、培育稳定遗传的种质等方面做大量的工作。参考文献1于永亮梁惠珍等中国转基因大豆的研究进展及其产业化大豆科学2010年2月第29卷143——147页2张兆熙.转基因技术的研究综述及利弊关系.科技创业,2006(11):1112112.3王晓春,王罡,季静.农杆菌介导的大豆体细胞胚遗传转化影响因子的研究大豆科学,2005,24(1):21226.4杨长青王凌健毛颖波陈晓亚植物转基因技术的诞生和发展生命科学2011第23卷第2期5王芳，朱洪德，李伟．转基因技术在大豆育种中的应用．黑龙江农业科学，2007(1)：90-926.王仁祥;苏爱军;杨乾转基因作物的研究进展与应用-湖南农业大学学报2005(04)