花粉介导的遗传化研究进展

编号 zgly0000161112

文献类型 期刊论文

文献题名 花粉介导的遗传化研究进展

学科分类 220.1520;林木遗传学

作者 邓德旺  王国英 

作者单位 河北农科院 

母体文献 DEVELOPMENTAL AND REPRODUCTIVE BIOLOGY;发育与生殖生物学报 

年卷期 1997,6(1)

页码 69-80

年份 1997 

分类号 Q943.2  S188 

关键词 植物  遗传转化  花粉介导 

文摘内容 植物遗传转化技术是植物科学基础理论与应用研究的有力武器, 已成为植物遗传改良的重要途径之一。但是、目前遗传转化采用的受体系统, 大都需要体外培养和植株再生过程, 才能获得转基因植株。其中、基因型限制和遗传变异是该技术不可逾越的两大障碍。花粉管通道法可省去转化体的本培养, 不过、多数植物受花器结构的限制而难以经花柱注射DNA, 只能向子房注射, 并不是真正的“花粉管通道”。又由于此法外源基因的导入发生在授粉之后, 因此该方法亦不属于花粉遗传转化。利用小孢子胚胎发生体系进行遗传转化与利用花粉作为外源DNA的媒介。继而、通过授粉受精获得转基因种子, 是目前花粉遗传转化的两个重要方面和活跃的研究方向。前者仍需要离体再生系统, 后者则可以利用植物自身的再生机制, 本文称之为花粉介导法(pollen-mediated transformation)。该方法通过自然的胚胎发育过程获得转基因子代, 避免了组织培养过程中的遗传变异和转基因植株的嵌合现象, 可望成为简便快速的植物遗传转化体系。目前对花粉介导的遗传转化进行专门评述的文献较少, 本文对该领域的研究分三个层次进行了综述。一、外源基因转化方法, 小孢子或由小孢子形成的胚状体是很有潜力的遗传转化受体, 采用显微注射、电激法、农杆菌共培养和基因枪法进行转化均有成功报导。向萌发或未萌发的成熟花粉中导入外源基因, 已尝试多种方法。早期转化方法是将花粉与外源DNA混合培养, 一些研究者观察到子代植株的表型变化, 但缺乏分子证据。利用特殊食品转化花粉的研究较多。,由于生殖细胞太小, 显微注射较为困难, 尤其是三核花粉, 同时向两个精子注入DNA更为困难。然而、通过玉米萌发孔注射DNA获得成功。电激转化法多以萌发花粉为受体。早在1987年Mishra等证实了该方法的可行性。电激转化Nicotiana gossei花粉, 约有90%可育。利用基因枪已将外源基因导入烟草、Nicotiana gossei、Nicotiana glutinosa、黄花烟草、紫露草、玉米、番茄、百合、牡丹以及针叶树种的花粉粒。对包裹外源基因的金属粒子在受击花粉中的分布亦进行了观察。Sanford(1983)最早讨论了利用激光束对花粉粒击孔的可行性, 但至今未见利用该方法获得转化的证据。脱外壁花粉以及花粉原生质体利于电激法转化。电激紫菜苔花粉原生质体的转化效果是电激花粉粒的100倍。二、受体细胞, 花粉成熟过程中要经过两次有丝分裂, 在有丝分裂期间导入外源基因有利于整合。但花粉萌发过程中, 药粉和柱头释放的核酸酶均降解外源DNA, 可能是导致转化失败的重要原因之一。温度、PH值和一些化学试剂能影响花粉中核酸酶活性。如: 提高培养基中EDTA或MgSO4浓度等; KNO3或PEG可抑制DNA酶活性而不影响转化后花粉的萌发。用^32P同位素示踪法观察了烟草自交不亲和系S-核酸酶的作用。有关外源基因转化后的显微观察和追踪研究则末见报导。用花粉为受体进行转化的启动子中, 除CaMV35S外, 还有LAT52、LAT56、ChiPA2、Ubiq1-I1、TR2、PSI、Zm13、Actl等。比较这些启动子作用的论文较多, 但对某一启动子、如何提高其强度的论文较为少见。个别研究已开始涉及具有应用目的的基因。你数研究者采用Gus等报告基因进行转化实验。Gus检测时, 假阳怀和背景活性常常影响检测效果和研究结果的可靠性。二细胞型花粉的内源核酸酶活性受PH值影响, 中性(PH7.0)或偏碱性时可排除这种影响。三、转化后代的获得, 以不同发育阶段和状态的雄配子体为受体进行转化, 获得转化后代的难易程度不同。利用转化或未转化的小孢子授粉结实, 目前仍有一定局限性。值得提出的是, 在烟草、玉米等许多植物中建立了小孢子体外成熟的实验体系, 不足的是这一体系尚未实用化。研究表明, 用转化的成熟花粉授粉于原品种柱头可正常结实。电激转化的萌发花粉或专座经未萌发的成熟花粉对花粉生活力的影响较小, 但有关其定量报道较为少见。利用脱外壁花粉及花粉原生质体进行授粉, 目前仍处于探索阶段。在受精过程中, 可能存在转化与未转化花粉的竞争。为缓解竞争压力, 确保获得高频率的转化后代, 有必要探讨高效的微量活体授粉技术; 有必要采取促进花粉萌发和防止果实(或种子)脱落和败育的措施; 有必要提早筛选转化本。甚至筛选出转化的花粉去授粉。然而这方面的报导较为少见。应用花要提早筛选转化体, 甚至筛选出转化的花粉去授粉。然而这方面的报导较为少见。应用花粉介导法获得稳定转化的成功,目前仅有一例。Leede-plegt等通过花粉介导法获得了转基因(NPTⅡ和GUS)Nicotiana glutinosa,花粉的瞬时表达率为3%, 收获种子中稳定转化的比率为2×10^-6。花粉介导法的转化成功, 无疑为离体再生系统不完善甚至有缺限植物的转化带来了希望, 向人们展示了基因工程和常规育种的有机结合模式。降低花粉萌发过程中核酸酶活性、选择利于外源基因进入生殖细胞的花粉细胞状态、建立高效的微量授粉技术、提前筛选转化体是获得高频率稳定转化的研究方向。