农林学类论文-实现水稻育种新飞跃的基因工程.doc

农林学类论文-实现水稻育种新飞跃的基因工程我国水稻虫害日益猖獗，但因水稻缺乏抗虫基因而只好依赖于化学杀虫剂来防治，这样就增加了稻作成本并污染了生态环境，因此，水稻抗虫基因工程育种备受重视。目前，水稻抗虫基因主要利用的是蛋白酶抑制剂基因、Bt毒蛋白基因和外源凝集素基因等。蛋白酶抑制剂可与昆虫消化道内的蛋白消化酶相互作用，形成酶-抑制剂复合物（EI），从而抑制蛋白消化酶的活性，同时，因复合物还能刺激消化酶的过量分泌，通过神经系统的反馈抑制，使昆虫产生厌食反应，最终因氨基酸饥饿导致昆虫不正常发育或死亡。蛋白酶抑制剂杀虫谱广，它作用于昆虫消化酶的活性中心，这是酶的最保守部位，基本可以排除通过突变产生耐受性的可能，因此，蛋白酶抑制剂基因在植物抗虫基因工程中占据突出地位。迄今，已有多种蛋白酶抑制剂基因被克隆，其中使用较广泛的有胰蛋白酶抑制剂基因等。Bt毒蛋白基因是目前应用得最为广泛的抗虫基因，主要特点是特异性强、杀虫谱窄。Bt毒蛋白基因种类很多，其中CryI抗鳞翅目害虫、CryII抗鳞翅目和双翅目害虫、CryIII抗鞘翅目害虫、CryIV抗双翅目害虫。外源凝集素可与昆虫肠道上皮细胞的糖蛋白相结合，影响营养物质的正常吸收，同时，还可促进昆虫消化道内细菌的繁殖，对消化道造成损伤，从而达到杀虫的目的。研究表明，转外源凝集素基因水稻对稻飞虱有抗杀作用。白叶枯病是水稻三大病害之一。迄今，国际上已鉴定出25个抗白叶枯病基因，其中由国际水稻研究所Khush从印度长雄蕊野生稻中发现的抗白叶枯病基因Xa-21，对印度、菲律宾和中国的所有白叶枯病小种均表现高抗。国内中国农业科学院章琦等也发现并定位了广谱高抗白叶枯病基因Xa-23。1995年Song等克隆了Xa-21基因，研究表明，转Xa-21基因水稻表现对白叶枯病的高度抗性和广谱抗性。目前，我国杂交水稻大多数组合不抗白叶枯病，大力开展Xa-21抗白叶枯病基因工程育种具有重要意义。稻瘟病是水稻三大病害之首。国内外已发现30多个抗稻瘟病基因，其中Pi-b和Pi-ta已被克隆。国内已有多个实验室在进行抗稻瘟病基因的分离克隆，预计不久将会有克隆的基因用于我国水稻抗稻瘟病基因工程育种。除此之外，抗病基因的转化研究已经逐步向综合性、多元性、广谱性和间抗性的方向扩展，即同时转化多个抗性基因以获得对多种病原菌的抗性，如将Bt、Cptl、Chi基因相连接一起转化受体作物品种，或者转化具有水平抗性的基因以获得对多种病源菌的广谱抗性，例如，转化RIPs基因可以同时获得抗病毒、抗真菌、抗虫的转化体材料。水稻分子育种研究主要包括基因工程育种和分子标记辅助选择，利用这一技术在超高产育种中主要进行以下研究：株型改良：利用这一技术，进行株型改良育种，如利用水稻分蘖控制基因MOCl，通过构建载体将正义、反义MOCl基因转入到一些当家品种中，改良水稻株型，增加有效分蘖，形成理想株型的“分蘖梯度”。提高水稻光合效率：为进一步提高水稻产量潜力，科学家们正在试图用现代植物基因工程技术，提高光合效率。其途径主要包括调节气孔关闭、提高Rubisco的效率和引入C4基因等。调控延缓叶片衰老系统：细胞激动素是一种重要的延缓叶片衰老的生长调节因子，其生物合成的第一步是异戊烯基侧链转移至5-AMP上。在农杆菌中，这一反应由tmr基因编码的异戊烯基转移酶所催化，并且这一反应是细胞激动素生物合成的限速步骤。Cao等通过农杆菌介导的遗传转化方法获得了PSAG12-IPT转基因水稻植株，考察了自我调控延缓叶片衰老系统在水稻中的表现，结果表明具有早衰现象的水稻品种延缓叶片衰老后，能促进灌浆，增加籽粒的充实度，从而提高结实率和千粒重，并最终增加单株产量。远缘有利基因利用：应用分子育种手段，挖掘和利用野生种的远缘优势基因。野生稻中存在一些合乎人类需要的高产、优质和抗性基因，但因这些有利性状可能与一些不利性状紧密连锁，应用常规育种方法可能难以利用。应用胚胎拯救和分子标记辅助选择技术寻找和利用野生稻中的优势基因还大有潜力可挖。转移远缘有利基因到水稻也是实现超高产育种的有效手段。抗除草剂基因是植物基因工程最早涉及的研究领域之一，也是比较成功的植物基因工程。抗除草剂基因转水稻的目的之一是获得抗除草剂水稻品种，应用于直播稻田，可以省时、省工地去除稻田杂草和杂稻。目的之二是抗除草剂基因作为一个遗传标记导入两系或三系杂交稻中的恢复系品种，使恢复系品种获得抗除草特性，用以配制杂交稻组合。至今广泛应用的抗除草剂基因有Bar基因和EPSPS基因。Bar基因从潮湿霉菌中分离克隆，它编码草丁膦乙酰转移酶，对除草剂草丁膦有高度的专一性，能解除草丁膦的毒性。EPSPS基因编码5-烯醇丙酮酰草酸-3-磷酸合成酶，对除草剂草甘膦有专