花粉管通道法在育种上的应用

四、花粉管通道法在育种上的应用

近年来花粉管通道法在植物育种中取得了令人瞩目的成绩,培育出了一大批抗病虫害的农作物品种。

在抗性育种方面,甘肃农业科学院较早地开展了花粉管转化技术的应用研究,裴新梧、倪建福等(1999)先后将高粱、玉米等C4植物DNA 导入普通栽培小麦,选育出一系列小麦新品系,其中将高粱DNA 导入小麦后获得了优良的变异系,其光合效率高于原受体,光合类型为C3植物与C4植物的中间类型;通过将高粱DNA 导入受体陇春13,选育出了高产、抗逆、耐盐碱小麦新品系89122,产量较原受体增产21.06%,在盐碱地,比当地主栽品种V26增产10.5%,比原受体增产22.5%,光合效率明显提高。冀俊丽(2002)首次采用负压花粉管法将耐盐基因HVHl转入小麦,获得了耐盐材料。万文举等将玉米品种CYB 的DNA 导入水稻品种XB 中,成功选育比受体XB 穗大、分蘖力强、秆粗、米质较优、抗性较好的水稻新品种GER-1。欧巧明等(2013)将高粱基因组DNA 导入高感条锈病、籽粒粉质的稳定小麦品系,培育出高产优质抗锈小麦新品种陇春32 号及优良变异新品系,较供体高粱和受体小麦,生物学性状发生明显变异和改良,对条锈病免疫,HMWGS 发生明显变异,Gul D1位点基因发生等位变异,其表达产物由原来(89122)的2+12亚基变为5+10 亚基,但高粱种子贮藏蛋白中并没有亚基5+10,多项品质指标得到改良,过氧化物酶表达发生明显变化,地区适应性也相应地较受体不同。上述结果说明异源高粱基因组DNA 导入小麦引起了相应基因表达的变化,实现了高粱抗条锈基因和HMW-GS 基因的转化和多基因聚合,达到了目标性状遗传改良的目的。

在抗病虫育种方面,倪万潮等(1998)利用花粉管通道法将合成的Bt基因导入棉花优良品种泗棉3 号和中棉12 号,获得转基因植株,现已形成抗虫棉群体。贾力等(2001)、吴茂森等(2000)构建了编码GPv+PAv 双价CP 基因的植物表达载体pPP114,通过花粉管通道法导入小麦品种北京837,选育出了抗黄矮病毒新品系。孙光祖等(2000)利用辐射与外源DNA 花粉管导入技术相结合的方法,选出了抗大麦黄矮病(BYDV)的小麦新品系龙辐97K1099,经多年自然发病和两年接毒蚜鉴定,该品系不仅高产,而且抗大麦黄矮病。王立新等为了提高优良小麦品种白粉病抗性,采用花粉管通道法将抗白粉病小麦品种的基因组DNA导入北农6号,获得了抗白粉病的转基因小麦植株。王才林等(2002)采用花粉管通道法,将bar基因导入两系超级杂交水稻65396的父本E32,在142个后代植株中获得了4 个转bar基因植株,在T3 代形成抗除草剂稳定株系。王罡等(2004)利用花粉管通道法将Bt 毒蛋白基因转入玉米自交系,为抗虫育种提供了优良抗源。欧巧明、倪建福等曾利用花粉管通道法将多种异源高粱基因组DNA 导入小麦,成功实现了小麦的抗条锈性、高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)以及品质性状的遗传改良。其中将高粱基因组DNA 导入受体甘麦8号,获得抗条锈变异系89144系列品系,部分品系已连续21年对混合菌和分生理小种条锈菌均表现免疫,抗锈机理分析显示,89144 在条锈菌侵染后表现出系统获得性抗性,HMW-GS 发生了突变,由受体的2+12亚基变为5+10亚基,是优质且持久抗条锈病的优良种质资源(欧巧明等,2011)。(https://www.daowen.com)

在产量育种方面,张茂银等(2000)利用花粉管通道法将新疆大赖草DNA 导入普通春小麦花培品系,在后代中选育出了大穗、多粒的转化后代,产量大大提高;何登骥等把茭瓜DNA 导入早籼稻90-519,获得的HK4早籼稻新品系,在2000年省区域试验迟熟组中产量第一,比对照增产10%,并且稳产性也优于对照。

在品质改良方面,1989 年新疆农科院和中科院新疆化学所合作,应用新疆大赖草总DNA 通过花粉管通道法转化栽培春麦761,选育出了大穗、多粒、高蛋白、抗病的优良品系,经鉴定发现,大赖草高度重复序列整合到了受体基因组(缪军等,2000);雷勃钧等(2000)将外源半野生大豆的总DNA 经花粉管通道法直接导入栽培大豆,实现了高蛋白、早熟性状转移,育成了高产、优质的大豆新品种黑生101;林栖凤等(1999;2001)利用花粉管通道技术,将红树DNA 导入辣椒、茄子等,获得的转化植株后代能在海滩生长,并可以用2.5%的海水浇灌等;将紫色稻和紫玉米DNA 导入水稻,获得紫色性状的转移;大米草DNA 导入水稻品种早丰,出现株高变矮,籽粒蛋白增高,氨基酸含量增高等新性状。肖君泽等将小麦品种湘麦13 号DNA 导入早籼水稻品种191 中,成功选育“长早籼9号”高蛋白水稻新品种。王广金等(2002)将麦谷蛋白HMW-GS 1Dx和IDy10基因导入了小麦,选出了高产优质的转基因品系21K867。南开大学王秀玲等(2003)成功地将野生大豆总DNA 导入小麦,为选育高蛋白优质的新品系提供了新的途径。伏军等将密穗高粱DNA 导入水稻鄂宜105品种中,选育出DH1等4个品系,其品质均达到或超出国家优质稻米的标准。

此外,在我国首批批准释放大田的转基因作物中,中国农科院培育的具有Bt杀虫蛋白基因和豇豆胰蛋白酶抑制剂基因的双价抗虫转基因棉花,正是利用花粉管通道法进行转化,将表达载体转入我国栽培棉品种中获得成功的,经分子检测,证实了双价杀虫基因在棉花基因组中的整合与表达(郭三堆等,1999)。由此可以证明,花粉管通道法可以用于基因表达载体和总DNA等多种形态的遗传物质的转化。