【智惠農(nóng)民】植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的主要方法與操作

轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以應(yīng)用于植物、動(dòng)物和微生物的遺傳性狀改良。目前植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)主要有農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、基因槍法和花粉管通道法等。植物選擇標(biāo)記基因也從常規(guī)抗生素和抗除草劑基因向更為簡(jiǎn)便、快捷和安全的花青素和紅色熒光蛋白等可視化標(biāo)記基因發(fā)展。

農(nóng)桿菌介導(dǎo)法：農(nóng)桿菌是一種在土壤中普遍存在的革蘭氏陰性細(xì)菌，在自然條件下能感染大多數(shù)植物的傷口，并將其T-DNA片段整合到植物基因組中。人類利用農(nóng)桿菌的天然特性，將目的基因融合到質(zhì)粒載體T-DNA區(qū)并轉(zhuǎn)移到植物中，即農(nóng)桿菌介導(dǎo)的植物轉(zhuǎn)基因方法。1983年，美國(guó)孟山都公司利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法把細(xì)菌的新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶基因(neomycin phosphotransferase，NPT)轉(zhuǎn)入煙草中，獲得世界第一例含有抗生素抗性基因的轉(zhuǎn)基因煙草，開(kāi)啟人類對(duì)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)利用的新時(shí)代。

基因槍法：1987年，美國(guó)康奈爾大學(xué)Sanford實(shí)驗(yàn)室開(kāi)創(chuàng)了利用高速微粒將外源基因轉(zhuǎn)入植物細(xì)胞的基因槍法，并成功地應(yīng)用于玉米的遺傳轉(zhuǎn)化?；驑尫ㄊ莾H次于農(nóng)桿菌介導(dǎo)法的第二大植物轉(zhuǎn)基因方法，應(yīng)用面廣、方法簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)化時(shí)間短且轉(zhuǎn)化頻率高，尤其適用于農(nóng)桿菌不能感染的植物。

花粉管通道法：由我國(guó)學(xué)者周光宇在20世紀(jì)80年代提出。這種方法是在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在開(kāi)花和受精過(guò)程中形成的花粉管通道，將目的基因?qū)胧芫鸭?xì)胞中，然后整合至受精卵的基因組中，發(fā)育成為轉(zhuǎn)基因新個(gè)體?；ǚ酃芡ǖ婪ㄔ谥袊?guó)得到有效應(yīng)用，培育出推廣面積最大的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉，豐饒廣闊棉田、惠益無(wú)數(shù)棉農(nóng)。

植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)并不復(fù)雜，其操作主要有4個(gè)步驟：

第一步，茫茫人海找到你—獲得目的基因?？梢詮奶囟ㄉ矬w基因組DNA中獲取或人工合成。

第二步，重組變身—將目的基因與運(yùn)輸載體形成重組DNA分子，這些運(yùn)輸載體能夠自我復(fù)制并具有多個(gè)選擇性標(biāo)記。

第三步，乾坤大挪移—將目的基因轉(zhuǎn)入目標(biāo)生物體細(xì)胞中，獲得轉(zhuǎn)基因生物個(gè)體。目前主要采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法和基因槍法將目的基因轉(zhuǎn)移到目標(biāo)生物體的基因組中。然后通過(guò)組織培養(yǎng)轉(zhuǎn)入外源基因的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)分化培養(yǎng)和抗性篩選獲得轉(zhuǎn)基因植株。

第四步，新品種養(yǎng)成記—將轉(zhuǎn)基因植植株進(jìn)行加代繁育，獲得新性狀能夠穩(wěn)定遺傳的個(gè)體，從而培育出具有優(yōu)異性狀的農(nóng)作物新品種。

出品單位

中國(guó)科協(xié)科普部

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部人力資源開(kāi)發(fā)中心

中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)

光明網(wǎng)

學(xué)術(shù)支持

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所

中國(guó)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)會(huì)

保定學(xué)院

科普作者

張海文

配圖制作

孫欣悅