農林學類論文-實現水稻育種新飛躍的基因工程.doc

農林學類論文-實現水稻育種新飛躍的基因工程我國水稻蟲害日益猖獗，但因水稻缺乏抗蟲基因而只好依賴于化學殺蟲劑來防治，這樣就增加了稻作成本并污染了生態(tài)環(huán)境，因此，水稻抗蟲基因工程育種備受重視。目前，水稻抗蟲基因主要利用的是蛋白酶抑制劑基因、Bt毒蛋白基因和外源凝集素基因等。蛋白酶抑制劑可與昆蟲消化道內的蛋白消化酶相互作用，形成酶-抑制劑復合物（EI），從而抑制蛋白消化酶的活性，同時，因復合物還能刺激消化酶的過量分泌，通過神經系統的反饋抑制，使昆蟲產生厭食反應，最終因氨基酸饑餓導致昆蟲不正常發(fā)育或死亡。蛋白酶抑制劑殺蟲譜廣，它作用于昆蟲消化酶的活性中心，這是酶的最保守部位，基本可以排除通過突變產生耐受性的可能，因此，蛋白酶抑制劑基因在植物抗蟲基因工程中占據突出地位。迄今，已有多種蛋白酶抑制劑基因被克隆，其中使用較廣泛的有胰蛋白酶抑制劑基因等。Bt毒蛋白基因是目前應用得最為廣泛的抗蟲基因，主要特點是特異性強、殺蟲譜窄。Bt毒蛋白基因種類很多，其中CryI抗鱗翅目害蟲、CryII抗鱗翅目和雙翅目害蟲、CryIII抗鞘翅目害蟲、CryIV抗雙翅目害蟲。外源凝集素可與昆蟲腸道上皮細胞的糖蛋白相結合，影響營養(yǎng)物質的正常吸收，同時，還可促進昆蟲消化道內細菌的繁殖，對消化道造成損傷，從而達到殺蟲的目的。研究表明，轉外源凝集素基因水稻對稻飛虱有抗殺作用。白葉枯病是水稻三大病害之一。迄今，國際上已鑒定出25個抗白葉枯病基因，其中由國際水稻研究所Khush從印度長雄蕊野生稻中發(fā)現的抗白葉枯病基因Xa-21，對印度、菲律賓和中國的所有白葉枯病小種均表現高抗。國內中國農業(yè)科學院章琦等也發(fā)現并定位了廣譜高抗白葉枯病基因Xa-23。1995年Song等克隆了Xa-21基因，研究表明，轉Xa-21基因水稻表現對白葉枯病的高度抗性和廣譜抗性。目前，我國雜交水稻大多數組合不抗白葉枯病，大力開展Xa-21抗白葉枯病基因工程育種具有重要意義。稻瘟病是水稻三大病害之首。國內外已發(fā)現30多個抗稻瘟病基因，其中Pi-b和Pi-ta已被克隆。國內已有多個實驗室在進行抗稻瘟病基因的分離克隆，預計不久將會有克隆的基因用于我國水稻抗稻瘟病基因工程育種。除此之外，抗病基因的轉化研究已經逐步向綜合性、多元性、廣譜性和間抗性的方向擴展，即同時轉化多個抗性基因以獲得對多種病原菌的抗性，如將Bt、Cptl、Chi基因相連接一起轉化受體作物品種，或者轉化具有水平抗性的基因以獲得對多種病源菌的廣譜抗性，例如，轉化RIPs基因可以同時獲得抗病毒、抗真菌、抗蟲的轉化體材料。水稻分子育種研究主要包括基因工程育種和分子標記輔助選擇，利用這一技術在超高產育種中主要進行以下研究：株型改良：利用這一技術，進行株型改良育種，如利用水稻分蘗控制基因MOCl，通過構建載體將正義、反義MOCl基因轉入到一些當家品種中，改良水稻株型，增加有效分蘗，形成理想株型的“分蘗梯度”。提高水稻光合效率：為進一步提高水稻產量潛力，科學家們正在試圖用現代植物基因工程技術，提高光合效率。其途徑主要包括調節(jié)氣孔關閉、提高Rubisco的效率和引入C4基因等。調控延緩葉片衰老系統：細胞激動素是一種重要的延緩葉片衰老的生長調節(jié)因子，其生物合成的第一步是異戊烯基側鏈轉移至5-AMP上。在農桿菌中，這一反應由tmr基因編碼的異戊烯基轉移酶所催化，并且這一反應是細胞激動素生物合成的限速步驟。Cao等通過農桿菌介導的遺傳轉化方法獲得了PSAG12-IPT轉基因水稻植株，考察了自我調控延緩葉片衰老系統在水稻中的表現，結果表明具有早衰現象的水稻品種延緩葉片衰老后，能促進灌漿，增加籽粒的充實度，從而提高結實率和千粒重，并最終增加單株產量。遠緣有利基因利用：應用分子育種手段，挖掘和利用野生種的遠緣優(yōu)勢基因。野生稻中存在一些合乎人類需要的高產、優(yōu)質和抗性基因，但因這些有利性狀可能與一些不利性狀緊密連鎖，應用常規(guī)育種方法可能難以利用。應用胚胎拯救和分子標記輔助選擇技術尋找和利用野生稻中的優(yōu)勢基因還大有潛力可挖。轉移遠緣有利基因到水稻也是實現超高產育種的有效手段。抗除草劑基因是植物基因工程最早涉及的研究領域之一，也是比較成功的植物基因工程?？钩輨┗蜣D水稻的目的之一是獲得抗除草劑水稻品種，應用于直播稻田，可以省時、省工地去除稻田雜草和雜稻。目的之二是抗除草劑基因作為一個遺傳標記導入兩系或三系雜交稻中的恢復系品種，使恢復系品種獲得抗除草特性，用以配制雜交稻組合。至今廣泛應用的抗除草劑基因有Bar基因和EPSPS基因。Bar基因從潮濕霉菌中分離克隆，它編碼草丁膦乙酰轉移酶，對除草劑草丁膦有高度的專一性，能解除草丁膦的毒性。EPSPS基因編碼5-烯醇丙酮酰草酸-3-磷酸合成酶，對除草劑草甘膦有專