转基因水稻研究的现状与展望

转基因水稻的现状与未来姓名：专业：

方向：

时间：

精选课件水稻遗传转化的现状1转基因抗虫水稻研究2转基因抗病水稻研究3转基因抗除草剂水稻研究4展望5主要内容精选课件1水稻遗传转化的现状20世纪80年代末,水稻的遗传转化首获成功1988年,3个不同的研究小组以水稻原生质体为受体,采用“电击法”或“PEG介导法”等方法将外源基因导入到水稻中并获得再生植株精选课件第一个研究小组：日本东北大学的Toriyama等以水稻原生质体为材料，利用电击法获得了水稻再生植株ToriyamaK,ArimotoaY,UchimiyaaH,etal.Transgenicriceplantsafterdirectgenetransferintoprotoplasts.NatureBiotechnology,1988,6:1072—1074第二个研究小组：英国诺丁汉大学的Zhang

等以水稻原生质体为材料，利用电击法获得了水稻再生植株ZhangHM,YangH,RechEL.Transgenicriceplantsproducedbyelectroporation-mediatedplasmiduptakeintoprotoplasts.Plant

CellRep,1988,7:379—384第三个研究小组：美国康乃尔大学学的Zhang等以水稻原生质体为材料，利用PEG介导法获得了水稻再生植株ZhangW,WuR.Efficientregenerationoftransgenicplantsfromriceprotoplastsandcorrectlyregulatedexpressionoftheforeign

geneintheplants.TheorApplGenet,1988,76:835—840精选课件Diagram1水稻遗传转化的现状1991年,Christou等使用基因枪转化的方法在水稻中获得成功，随后成为水稻遗传转化的常用方法之一ChristouP,FordT,KofronM.ProductionoftransgenicRice(OryzaSativaL.)plantsfromagronomicallyimportantindicaandjaponicavarietiesviaelectricdischargeparticleaccelerationofexogenousDNAintoimmaturezygoticembryos.NatureBiotechnology,1991,9:957—962精选课件Diagram1993年,台湾中央研究院生物农业研究所的Chan等人首先采用农杆菌介导的方法获得了转基因水稻。ChanMT,ChangHH,HoSL,etal.Agrobacterium-mediatedproductionoftransgenicriceplantsexpressingachimericalpha-amylasepromoter/beta-glucuronidasegene.PlantMolBiol,1993,22:491—5061994年日本的Hiei等以水稻成熟种子诱导的愈伤为受体,建立了农杆菌介导的粳稻高效转化体系,使得农杆菌介导法逐渐成为了水稻转化最常用的方法.此后,粳稻的转化方法被进一步优化,使粳稻的遗传转化周期大幅缩短。HieiY,OhtaS,KomariT,etal.Efficienttransformationofrice(OryzasativaL.)mediatedbyAgrobacteriumandsequenceanalysisoftheboundariesoftheT-DNA.PlantJ,1994,6:271—282精选课件Diagram2006年Hiei等对籼稻的转化体系进行了一些优化,使得籼稻的转化效率得到了一定的提高。HieiY,KomariT.ImprovedprotocolsfortransformationofindicaricemediatedbyAgrobacteriumtumefaciens.PlantCellTissueOrganCult,2006,85:271—2832008年Hiei等发表了一个粳稻和籼稻均适用的农杆菌高效转化的方法。根据他们的结果,采用幼胚作为外植体,籼稻的转化可以在两个半月内完成,且转化效率非常高(一个幼胚可以得到5~13个独立的转化植株)。该转化体系的主要缺点是对于籼稻品种必须以幼胚为受体材料，而幼胚的采集和分离比较麻烦,且受生长季节的限制.HieiY,KomariT.Agrobacterium-mediatedtransformationofriceusingimmatureembryosorcalliinducedfrommatureseed.NatProtoc,2008,3:824—834精选课件分类关系图表2转基因抗虫水稻研究转Bt基因抗虫水稻转植物来源抗虫基因水稻转动物来源的抗虫基因水稻精选课件Diagram2转基因抗虫水稻研究2.1转Bt基因抗虫水稻研究来自于苏云金芽胞杆菌(Bacillusthuringiensis,Bt)的Bt毒蛋白基因是目前世界上应用最为广泛的抗虫基因之一。曾千春等（2002）将cry1Ac基因导入籼稻明恢81获得抗虫纯合系，Tu等（2000）将cry1Ab/Ac融合基因水稻进行了大规模的田间实验.在大田种植全生育期不喷施杀虫剂的条件下，发现转cry1Ab/Ac的水稻二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟高度的杀虫活性。Ghareyazie（2009）将cry1Ab/2A基因转化水稻发现其转基因的水稻对二化螟、三化螟和稻纵卷叶螟高度的杀虫活性。曾千春,吴茜,周开达,等.修饰的cry1Ac基因导入籼稻明恢81获得抗虫纯合系.遗传学报,2002,29:519—524TuJ,ZhangG,DattaK,etal.Fieldperformanceoftransgenicelitecommercialhybridriceexpressingbacillusthuringiensisdelta-endotoxin.NatBiotechnol,2000,18:1101—1104GhareyazieB,AliniaF,MenguitoCA,etal.EnhancedresistancetotwostemborersinanaromaticricecontainingasyntheticcryIA(b)gene.MolBreed,2009,3:401—414精选课件Diagramcry1Ab/Ac1Ab/2A精选课件Diagram2转基因抗虫水稻研究2.2转植物来源抗虫基因水稻研究植物来源的抗虫基因主要有植物凝集素基因和蛋白酶抑制剂基因等。其中雪花莲凝集素基因(GNA）是使用较为广泛的基因。Maqbool等（2001）、Foissac等（2002）、Nagadhara等（2004）、Nagadhara等（2004）将GNA基因转入到水稻中,获得了纯合的转基因水稻家系。该转基因纯合家系可以显著降低稻飞虱的存活率和繁殖力、延缓稻飞虱发育进度并减少稻飞虱进食量精选课件Diagram2转基因抗虫水稻研究除了植物凝集素基因外，蛋白酶抑制剂基因是另一大类常用的植物来源抗虫蛋白。目前已导入水稻的蛋白酶抑制剂基因有马铃薯蛋白酶抑制剂基因pinⅡ（丁玉梅等，2003）、大豆胰蛋白酶抑制剂基因SKTI（Lee等，1999）、大麦胰蛋白酶抑制剂基因BTI-Cme（Alfonso等，2003）。这些转基因植株对褐飞虱、二化螟、稻纵卷叶螟以及线虫等有一定抗性。精选课件Diagram2.3转动物来源的抗虫基因水稻研究动物来源的抗虫基因在转基因植物中应用的不多，2001年黄建秋等将蜘蛛来源的杀虫基因SpI转入水稻品种秀水11和春江11中，发现转基因植株对二化螟、稻纵卷叶螟具有抗虫性。2转基因抗虫水稻研究精选课件分类关系图表3转基因抗病水稻研究抗白叶枯病抗稻瘟病抗纹枯病精选课件Diagram3.1转基因抗水稻白叶枯病的研究水稻白叶枯病由白叶枯病菌(Xanthomonasoryzaepv.Oryzae，Xoo)引起，是世界水稻生产中最严重的细菌性病害。水稻遭受白叶枯病危害后,一般减产20%~30%，严重时甚至绝收。

1998年张世平等将广谱抗白叶枯病主效基因Xa21转入到水稻中获得了抗白叶枯病菌水稻。翟文学等(2000)用农杆菌介导法将Xa21转入栽培稻包括生产上大面积推广的杂交稻恢复系MH63中，所有这些转基因植株都表现出Xa21的抗性。2008年吴家道等利用基因枪的方法将Xa21转入到籼稻恢复系明恢63和保持系皖B中获得了无选择标记的转基因抗白叶枯病水稻,其所配的杂交组合对白叶枯病的抗性也显著增强了.3转基因抗病水稻的研究精选课件精选课件3.2转基因抗水稻稻瘟病的研究稻瘟病由稻瘟病菌(Magnapothegrisea)引起，可发生在水稻的各生育期和各个部位。2003年彭昊等将Pib基因转入粳稻品种日木晴，发现该转基因水稻对稻瘟病具有良好抗性。2010年陈德西将Pi-d2基因转入水稻，发现其对稻瘟病有很好的抗性3转基因抗病水稻的研究精选课件1-2.急性型3.慢性型（中期）4.慢性型（后期）5.白点型6.褐点型水稻稻瘟病精选课件3.3水稻纹枯病

纹枯病由纹枯病菌(Rhizoctoniasolani)引起。水稻纹枯病可造成水稻白穗,结实率下降,粒重减轻，一般减产10%—30%,发生严重时可减产50%以上。2003年汉城国立大学的Kim等将核糖体失活蛋白基因(RIP)转入水稻发现可以增强水稻对纹枯病的抗性。2009年中山大学生物工程中心袁红旭等将几丁质酶基因转入水稻发现：转入几丁质酶基因的水稻对纹枯病的抗性显著高于非转基因的。3转基因抗病水稻的研究精选课件1.初期症状2.茎和叶鞘症状及菌核3-5.叶部症状6.穗部症状水稻纹枯病精选课件Diagram4转基因抗除草剂水稻研究对草丁膦抗性的转基因水稻对草甘膦抗性的转基因水稻对阿特拉津、西玛津、异丙甲草胺抗性的转基因水稻精选课件4转基因抗除草剂水稻4.1转Bar基因水稻抗草丁膦(phosphinothricin,PPT)除草剂对草丁膦(phosphinothricin,PPT)抗性的转基因水稻来自吸水链霉菌(Streptomyceshygroscopicus)的bar基因是转基因抗除草剂水稻用得最早，也是最常用的一个抗除草剂基因。导入bar基因（Bar基因编码PPT乙酰转移酶,因而可以解除PPT的活性）可以使转基因植物特异性地获得对草丁膦的抗性。目前，转Bar基因水稻抗草丁膦(phosphinothricin,PPT)除草剂的报道较多（Oard等，1996；吴发强等，2006；富昊伟等，2001；于恒秀等，2008）精选课件4转基因抗除草剂水稻4.2转EPSPS基因水稻抗草甘膦(Glyphosate）除草剂草甘膦是孟山都公司除草剂农达的有效成分,由于其具有高效、低毒和广谱等特点,已经成为世界上使用面积最大的除草剂品种。草甘膦作用的靶酶是5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)。EPSPS是细菌和植物体内芳香氨基酸合成过程中的一个关键酶。草甘膦就是通过抑制EPSPS

的活性来抑制植物体内芳香族氨基酸的合成从而使植物死亡。抗草甘膦基因工程主要的策略是通过转EPSPS基因而EPSPS基因超量表达，从而达到抗草甘膦。1999年Ohkawa等；2002年张宏等；2006年胡利华等；2008年苏军等，将EPSPS基因转入水稻发现，转入EPSPS基因的水稻对草甘膦除草剂具有抗性。精选课件4转基因抗除草剂水稻4.3转细胞色素P450单加氧酶基因水稻抗除草剂植物体内过量表达细胞色素P450单加氧酶可以提高植物对除草剂的抗性,且这种抗性是广谱性的,即可对多种不同的除草剂产生抗性，日本学者在这方面做了比较多的研究,他们将哺乳动物甚至人类来源的P450单加氧酶导入水稻中获得了抗除草剂水稻（Inui等，2001；Kawahigashi等，2005a，b，2006；Sakiko等，2008），另外，这种过量表达P450单加氧酶的水稻除了可以抗除草剂外,还可以清除环境中的杀虫剂或其他有害有机物质的残留。精选课件InuiH,ShiotaN,IdoY,etal.HerbicidemetabolismandtoleranceinthetransgenicriceplantsexpressinghumanCYP2C9andCYP2C19.PesticBiochemPhysiol,2001,71:156—169KawahigashiH,HiroseH,OhkawaHetal.TransgenicRicePlantsExpressingHumanCYP1A1RemediatetheTriazineHerbicidesAtrazineandSimazine.J.Agric.FoodChem,2005a,53,8557-8564KawahigashiH,HiroseH,OhkawaHetal.PhytoremediationofMetolachlorbyTransgenicRicePlantsExpressingHumanCYP2B6.J.Agric.FoodChem,2005b,53,9155-9160KawahigashiH,HiroseH,OhkawaHetal.PhytoremediationoftheHerbicidesAtrazineandMetolachlorbyTransgenicRicePlantsExpressingHumanCYP1A1,CYP2B6,andCYP2C19.J.Agric.FoodChem,2006,54,2985-2991Atrazine阿特拉津Simazine西玛津

Metolachlor异丙甲草