[生物]基因槍法轉(zhuǎn)化水稻的研究進(jìn)展

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1、[生物]基因槍法轉(zhuǎn)化水稻的研究進(jìn)展　　水稻(Oryzasativa)是世界上最主要的糧食作物之一。近年來，DNA重組技術(shù)、遺傳操作技術(shù)、水稻基因圖譜的研究取得了顯著發(fā)展，美國(guó)Monsanto公司2000年4月、Syngenta公司2001年2月先后宣告完成粳稻日本晴(Nipponbare)基因組測(cè)序草圖。我國(guó)也已宣布完成秈稻9311的序列框架圖。目前以大規(guī)模分離、鑒定基因組序列功能為特征的水稻功能基因組研究正在迅速發(fā)展，而這一研究之后必然是依托于高效的水稻遺傳轉(zhuǎn)化體系，因此水稻遺傳轉(zhuǎn)化研究越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)?！　∷具z傳轉(zhuǎn)化體

2、系已比較完善，農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基因槍法、PEG法、花粉管通道法等方法均在水稻遺傳轉(zhuǎn)化中應(yīng)用并獲得轉(zhuǎn)基因植株，但目前用的最多的方法是基因槍法和農(nóng)桿菌介導(dǎo)法。禾谷類作物由于不是農(nóng)桿菌的天然宿主，曾一度限制了農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化水稻。基因槍法由于其沒有宿主限制，對(duì)單子葉和雙子葉植物都能進(jìn)行有效地轉(zhuǎn)化，因而得到了很大的發(fā)展。本文就基因槍法的基本原理及其優(yōu)缺點(diǎn)、影響基因槍法轉(zhuǎn)化水稻的幾個(gè)關(guān)鍵因素、外源基因的遺傳特性及存在的問題等方面作簡(jiǎn)要綜述?！　?基因槍法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)　　1.1基因槍法的原理　　基因槍法(pariclegun)又稱微彈轟擊法(m

3、icro-projecticlebombardment，Particlebombardment，orbiolistics)。其基本原理是將外源DNA包被在微小的金粒或鎢粒表面，然后在高壓的作用下，微粒被高速射入受體細(xì)胞或組織，微粒上的外源DNA進(jìn)入細(xì)胞后，整合到植物染色體上，得到表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)化?！　?.2基因槍法的優(yōu)、缺點(diǎn)　　1.2.1基因槍法的優(yōu)點(diǎn)　　(1)無宿主限制?；驑尫ū举|(zhì)上是一種物理過程，沒有宿主限制，對(duì)單子葉和雙子葉植物都能進(jìn)行有效地轉(zhuǎn)化。以原生質(zhì)體為受體的PEG轉(zhuǎn)化法、電擊法、脂質(zhì)介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法和顯微注射法等雖

4、然可以用于單子葉植物的轉(zhuǎn)化，然而，以原生質(zhì)體作為受體材料要求受體系統(tǒng)具有良好的再生性能，這對(duì)于大多數(shù)禾谷類作物來說是較困難的，而且其再生的周期比較長(zhǎng)，再生過程容易產(chǎn)生變異?！　?2)靶受體類型廣泛，不受組織類型限制，幾乎所有具有潛在分生能力的組織或細(xì)胞都可以用基因槍進(jìn)行轟擊轉(zhuǎn)化。目前用于基因槍轉(zhuǎn)化的受體材料十分廣泛，其中包括原生質(zhì)體、懸浮細(xì)胞、根或莖的切段、葉圓片、成熟胚、幼胚、分生組織、愈傷組織、胚芽鞘等幾乎所有具有潛在分化能力的組織或細(xì)胞。　　(3)可控度高，采用高壓放電或高壓氣體驅(qū)動(dòng)的基因槍，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，將載有外源DNA的

5、金屬顆粒射入特定層次的細(xì)胞(如再生區(qū)的細(xì)胞)，使轉(zhuǎn)化細(xì)胞能再生植株，從而提高轉(zhuǎn)化頻率?！　?4)操作簡(jiǎn)便、快速。農(nóng)桿菌介導(dǎo)法需要進(jìn)行農(nóng)桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備、共培養(yǎng)、抑菌等操作步驟，PEG轉(zhuǎn)化法、電擊法等需要進(jìn)行原生質(zhì)體分離與培養(yǎng)的繁瑣工作，而基因槍法是一種物理過程，只要在無菌的條件下將載有外源基因的金屬顆粒轟擊受體材料，就可以進(jìn)行篩選培養(yǎng)，因此它操作簡(jiǎn)便、快速?！　?.2.2基因槍法的缺點(diǎn)　　由于基因槍轟擊的隨機(jī)性，外源基因進(jìn)入宿主基因組的整合位點(diǎn)相對(duì)不固定，拷貝數(shù)往往較多，這樣轉(zhuǎn)基因后代容易出現(xiàn)突變、外源基因容易丟失，容易引起基因

6、沉默等現(xiàn)象的發(fā)生，不利于外源基因在宿主植物的穩(wěn)定表達(dá)。而且基因槍價(jià)格昂貴、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。　　2影響基因槍法轉(zhuǎn)化水稻的幾個(gè)關(guān)鍵因素　　2.1水稻的基因型　　栽培稻主要有秈稻和粳稻兩個(gè)亞種，其中秈稻品種是熱帶和亞熱帶地區(qū)的主要糧食作物，由于秈稻的組織培養(yǎng)特性及再生能力都與粳稻存在較大差別，在轉(zhuǎn)化過程中，秈稻的轉(zhuǎn)化效率顯著低于粳稻。李良材等用14個(gè)粳稻品種和23個(gè)秈稻品種進(jìn)行了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，其中所用的粳稻都得到轉(zhuǎn)基因植株，平均轉(zhuǎn)化率為10％左右，而秈稻只有14個(gè)得到轉(zhuǎn)基因植株，7個(gè)只得到轉(zhuǎn)基因愈傷組織，尚有2個(gè)未產(chǎn)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)基因植株的轉(zhuǎn)化頻率只

7、有2％～3％，明顯低于粳稻?！　?.2外植體類型　　用于基因槍轉(zhuǎn)化的受體材料十分廣泛，幾乎所有具有潛在分裂分化能力的組織和細(xì)胞都可以作為受體材料，但要想獲得理想的轉(zhuǎn)化結(jié)果，根據(jù)水稻品種的不同，選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化受體材料是十分關(guān)鍵的。目前最常用的水稻基因槍轉(zhuǎn)化受體材料包括成熟胚、幼胚、花藥和幼穗。成熟胚的取材不受生長(zhǎng)季節(jié)的限制．因而成為當(dāng)前廣泛采用的受體材料。但對(duì)于某些水稻品種以成熟胚盾片愈傷組織為材料其誘導(dǎo)率很低，而且其愈傷組織繼代過程中往往出現(xiàn)褐化的情況，如培矮64S其愈傷組織的誘導(dǎo)率沒有超過50％。對(duì)于這樣的品種有必要采用以幼穗和幼

8、胚為受體材料?！　?.3組織培養(yǎng)條件　　組織培養(yǎng)條件影響水稻轉(zhuǎn)化效率，對(duì)水稻的愈傷組織培養(yǎng)一般用MB培養(yǎng)基、NB培養(yǎng)基、N6培養(yǎng)基和MS培養(yǎng)基，易自力等認(rèn)為在培養(yǎng)基中添加2.5～5.0mg/L的ABA可以有效地改善水稻愈傷組織的質(zhì)量。