水稻转基因育种的研究进展与应用现状

专论与综述　中圉稻米２００８年第４期　甘露糖阳性选择系统在水稻遗传转化中的应用研究进展　王彩芬　付永彩　（　宁夏农林科学院农作物研究所，宁夏永宁７５０１０５；　中国农业大学植物遗传育种系农业部农作物基因组学与遗传改良重点　开放实验室，北京１０００９４；　通讯作者，Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｕｙｏｎｇｃａｉｃｎ＠ｙａｈｏｏ．ｇｏｒｅ－ｃｎ）　摘要：甘露糖阳性选择系统是近几年应用较多的一种植物转基因安全筛选体系，该体系是以大肠杆菌６一磷酸　甘露糖异构酶基因ｐｍｉ为筛选标记基因，Ｄ一甘露糖为筛选剂进行筛选。本文简要综述了甘露糖阳性选择系统在水稻　转基因研究中的应用情况。　关键词：６～磷酸甘露糖异构酶基因；筛选标记基因；水稻遗传转化　水稻是世界重要的粮食作物，世界上有一半以上　的人口以稻米为主食，其安全性尤为重要。自从１９８８　年以来，国内外已得到了许多水稻转基因植株，涉及到　抗虫、抗病、抗除草剂、抗旱、耐盐、改良品质等重要农　艺性状。目前在水稻遗传转化中广泛应用的标记基因　有抗抗生素和抗除草剂基因，但是这两类基因对生态　环境和人类健康潜在的安全性问题越来越引起全世界　的关注，制约着转基因水稻的商业化生产。因此，开发　利用安全的筛选体系对水稻遗传转化具有非常重要的　现实意义。　目前出现了一些无选择标记基因的植物转化系统　和生物安全标记基因的选择系统。利用生物安全标记　基因是解决选择标记基因的生物安全性问题的　条简　单而有效的途径，甘露糖阳性选择系统是其中之一。目　前，甘露糖筛选体系已成功用于甜菜ｌｌｌ、拟南芥闭、玉米　嘲、小麦问等植物转化研究。在水稻遗传转化方面，国外　学者Ｌｕｃｃａ等［５３对甘露糖筛选体系进行了研究，本文将　对甘露糖筛选体系在水稻转基因研究中的应用进行综　沭　ｌ　甘露糖筛选体系的作用机理　甘露糖筛选体系是以大肠杆菌磷酸甘露糖异构酶　基因ｐｍｉ为筛选标记基因，Ｄ一甘露糖为筛选剂进行筛　选。Ｄ一甘露糖由植物细胞内源的己糖激酶催化转变为　６一磷酸甘露糖，ｐｍｉ编码的磷酸甘露糖异构酶再将６一　磷酸甘露糖催化转变为植物细胞可代谢的６一磷酸果　糖。在含Ｄ一甘露糖的筛选培养基上，转化细胞利用甘　露糖作为碳源进行生长和增殖，但非转化细胞由于没　有ｐｍｉ基因，不能将６一磷酸甘露糖转化成６一磷酸果　糖，因而不能利用甘露糖作为碳源，且造成体内６一磷　・２２・　酸甘露糖不断积累，伴随着ＡＴＰ和磷酸基的大量消　耗，从而生长受到抑制＿句。该选择体系中的未转化细胞　尽管处于“碳饥饿”状态，但不会立即死亡，而转化细胞　的生长和再生过程可以利用筛选剂甘露糖，因而被称　为正筛选，该体系也被称为阳性选择系统。　２甘露糖筛选体系在水稻转基因研究中的　应用　在水稻遗传转化方面，国外学者Ｐａｏｌａ　Ｌｕｃｃａ等阁　对甘露糖筛选体系进行了研究，他们采取的筛选方式　为筛选３轮（２周／轮），３轮蔗糖和甘露糖浓度配比分　另０为３％、１．５％、０．５％和３％、３％、５％，经Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　ｂｌｏｔ、　Ｎｏｒｔｈｅｒｎ　ｂｌｏｔ和绿酚红染色分析，证明ｐｍｉ基因已转入　粳稻品种台北３０９中，Ｔ　代大部分株系按３：１的分离　方式遗传，而且转化效率高达４１％，高于潮霉素筛选，　因此，他们认为甘露糖筛选体系用于水稻遗传转化是　非常有效的。　Ｔｒａｎ　Ｔｉ　Ｃｕｅ　Ｈｏａ等啊将甘露糖筛选体系用于改良　稻米维生素Ａ（Ｂ一胡萝卜素）含量的研究，他们将水仙　花的八氢番茄红素合酶基因（ｐｓｙ）和细菌的胡萝卜素　脱氢酶基因（ｃｒｔＩ）转入粳稻品种台北３０９及籼稻品种　ＩＲ２４和ＭＴＬ２５０中，ｒｒ’代粳稻（１．２　ｕｇ／ｇ干基）的胡萝卜　素含量高于籼稻（０．８　ｕｇ／ｇ干基），提高了稻米的维生素　Ａ含量，胚乳为黄色，被称为：“ｇｏｌｄｅｎ　ｒｉｃｅ”。他们所用　的筛选方法与Ｐａｏｌａ　Ｌｕｃｃａ基本相同，在转化籼稻时筛　选培养基中蔗糖浓度没变，甘露糖浓度有所改变，３轮　分别为２．５％、２．５％和３．５％。　Ｊａｃｑｕｅｌｉｎｅ　Ａ　Ｐａｉｎｅ等阎也用甘露糖筛选体系进行　收稿日期：

热带作物学报２０１３，３４（１２）：２５２１—２５２６　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｒｏｐｉｃａｌ　Ｃｒｏｐｓ　

转基因水稻环境安全评价研究进展　

左　娇，郭运玲，孔　华，周　霞，徐　林，郭安平　

裹　舞　鸶釜　莆　磊鬈錾海南海口５７１１０１　农业部热带作物生物学与遗传资源利用重点实验室　碍　碍　

摘要水稻是世界上主要的粮食作物之一。自２０世纪８０年代以来．中国全方位开展转基因水稻的研发，已　经培育出抗病、抗虫、抗除草剂和抗逆的转基因水稻品种，这将为提高中国水稻的生产力和确保粮食安全做出　重要贡献。但转基因水稻的环境安全问题备受关注。通过分析转基因水稻给人类带来的利与弊，并从转基因水　稻的杂草化与基因漂移、对生物多样性和土壤微生物的影响等方面评价转基因水稻的环境安全性。以期为中国　转基因水稻的安全应用提供参考　关键词转基因水稻；环境安全；杂草化与基因漂移；生物多样性；土壤微生物　中图分类号Ｓ５１１　文献标识码Ａ　

Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　Ｒｉｃｅ　

ＺＵＯ　Ｊｉａｏ，ＧＵＯ　Ｙｕｎｌｉｎｇ，ＫＯＮＧ　Ｈｕａ，ＺＨＯＵ　Ｘｉａ，ＸＵ　Ｌｉｎ，ＧＵＯ　Ａｎｐｉｎｇ　

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｒｏｐｉｃａｌ　Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｂｉｏｔｅｃｈｒｗｌｏｇｙ，ＣＡＴＡＳ／Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｂｗｌｏ￣ａｎｄ　Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｏｆ　Ｔｒｏｐｉｃａｌ　Ｃｒｏｐｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｈａｌｋｏｕ，Ｈａｌｎａｎ　５７１１０１，Ｃｈｉａｎａ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｒｉｃｅ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆｏｏｄ　ｃｒｏｐｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ．Ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ｍａｎｙ　ＧＭ　ｖａｒｉｅｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｃｕｌｔｉｖａｒｓ　ｏｆ　ｒｉｃｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｔｏ　ｓｏｍｅ　ｄｉｓｅａｓｅｓ，ｐｅｓｔｓ，ｗｅｅｄｓ，ａｎｄ　ａｂｉｏｔｉｃ　ｓｔｒｅｓｓｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ｓｉｎｃｅ　１９８０ｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ　ｔｈｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｒｉｃｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｏｏｄ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｔｈｅｒ　ｈａｎｄ，ＧＭ　ｒｉｃｅ　ｍｉｇｈｔ　ｃａｕｓｅ　ａ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｉｓｓｕｅ　ｏｆ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｓａｆｅｔｙ．Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　ｒｉｃｅ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｓａｆｅｔｙ　ｆｒｏｍ　ｗｅｅｄｉｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｇｅｎｅ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　ｒｉｃｅ，ｉｔｓ　ｉｍｐａｃｔ　ｏｎ　ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｏｉｌ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｗｉｌｌ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　ｒｉｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃ　ｒｉｃｅ；Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｓａｆｅｔｙ；Ｗｅｅｄｉｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｇｅｎｅ　ｆｌｏｗ；Ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；Ｓｏｉｌ　ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ　‘ｌ０ｉ　１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—２５６１．２０１３．１２．０４０　

江苏农业科学２０１０年第６期　

陈志德，王才林，赵凌．日本水稻育种的现状与借鉴［Ｊ］．江苏农业科学，２０１０（６）：５—７　

日本水稻育种的现状与借鉴　

陈志德，王才林，赵凌　

（江苏省农业科学院粮食作物研究所，江苏南京２１００１４）　

摘要：水稻是日本最重要的粮食作物。笔者简要回顾了１３本水稻育种的发展历史，介绍了日本在水稻种质资源　

保存与利用、功能性水稻品种选育、转基因水稻研究和饲料稻育种研究等方面的主要进展，提出了日本水稻育种研究　

对江苏省水稻育种工作的借鉴。　

关键词：日本；水稻育种；现状　

中图分类号：￥５１１．０３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００２—１３０２（２０１０）０６—０００５—０３　

日本是世界第９大水稻生产国，已有２　０００多年的种植　

历史。日本水稻不仅品质优良、适口性好，而且专用化和功能　

化趋势明显。近年来日本又在饲料稻品种选育方面取得了明　

显成效。本文介绍了日本水稻育种的主要成绩以及育种研究　

进展。　广品种，消费者也愿意花比普通大米高得多的价格购买这些　

好吃的大米。２００８年越光种植面积６０．３７万ｈｍ　，占日本水　

稻总面积的３７．２％，总产量３２１．１万ｔ，占１３本水稻总产量的　

３６．４％；日本晴、Ｓａｓａｎｉｓｈｉｋｉ也是日本很多水稻新品种的亲本　之一，因此，日本水稻品种的遗传背景比较狭窄。　

１　日本水稻育种的回顾　２近年日本选育的水稻品种及类型　

据考古资料分析，最先传人日本的水稻可能是粳稻或籼　

粳稻混合群体。１５６４年日本种植了９６个水稻品种，其中有　６０个粳稻品种、１６个糯稻品种、１２个陆稻品种和８个；ｆ：【ＩＪ稻品　

种　。１９世纪中后期，日本陆续从世界各地引进水稻种质资　源，使日本水稻资源的遗传多样性不断丰富；１９世纪末又从　

中国台湾引进了一批耐旱的抗病品种，日本陆稻品种资源数　

量迅速增加。　

日本水稻育种工作始于２０世纪初，１９０７年开始系统育　

种，１９０９年开始杂交育种，１９１４年开始推广抗病和耐冷的水　稻品种　。２Ｏ世纪５０年代初期以前主要采用系谱法，集团　

第２５卷第５期　

２００８年１０月　生物学杂志　

Ｊ０ＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＢＩＯＬＯＧＹ　Ｖｏ１．２５　Ｎｏ．５　０ｅｔ．２００８　

水稻遗传转化研究进展　

秦代锦　，陈德西　，胡　晓　（１．四川华丰种业有限责任公司，成都６１０１００；２．　，王小波　，董友非　，龚桥　

四川省农业科学院植物保护研究所，成都６１００６６）　

摘要：水稻是重要的粮食作物之一，其遗传转化取得了巨大进展。通过对水稻遗传转化的主要方法，用于水稻转　化的各种外植体，影响水稻遗传转化和植株分化的各种因素的介绍，概述了水稻遗传转化技术在水稻育种方面的　

应用。　关键词：水稻；遗传转化；影响因素；应用　中图分类号：Ｑ７５４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—９６３２（２００８）０５—０００５—０５　

水稻（Ｏｒｙｚａ　ｓａｔｉｖａ）是世界上分布最广，作为最重　要的的粮食作物之一，其遗传转化一直受到广泛重视。　

但是传统的水稻育种方法主要是利用远缘杂交和品种　

间杂交技术来提高水稻品质和产量，然而有限的可利　

用的种质资源常常限制了水稻育种工作的突破。基因　

工程技术的发展和应用，打破了物种间的界限，增加了　

水稻外源基因导入的途径和范围，对水稻育种有着深　远意义。自世界第一例转基因烟草获得成功以来，植　

物遗传转化技术迅猛发展，水稻转基因植株始于１９８８　

年，经过近２０年的发展，水稻遗传转化体系已比较完　

善。本文概述了水稻遗传转化的一些方法，探讨影响　

其转化效率的一些因素，并介绍遗传转化在水稻育种　

中的应用。　

１　水稻遗传转化方法的发展历程　

水稻转基因于２０世纪８０年代后期获得成功，最　初转化均采用原生质体为材料的ＰＥＧ介导法，后来相　

继发展了电击法，基因枪法及农杆菌介导法等。这些　

方法各有优缺点。但应用最早的是ＰＥＧ法，最广泛和　最成功的是基因枪法，而最有发展前途的是农杆菌介　

导法。　

１．１　ＰＥＧ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｇｌｙｃｏ１）介导法　

ＰＥＧ介导基因转化是Ｄａｖｅｙ等和Ｋｒｅｎｓ等首先建