农作物转基因技术研究的发展及存在问题2.docVIP

农作物转基因技术研究的发展及存在问题 郑新利，陈书田 摘要：本文系统介绍了世界范围内农作物转基因技术的起源、发展和应用现状，以及其所存在的局限和面临的问题。重点就转基因应用所面临的主要技术问题——外源基因的逃逸、失活和沉默进行了分析，解读了该现象发生的机理，并指出可以在操作过程中通过时空隔离、避免基因间的同源性、避免重复序列的出现、消除DNA甲基化的影响、使用MAR以及使用诱导型启动子等方法，对上述现象加以控制。最后，对转基因技术的应用前景作了积极的展望。 关键词：转基因 逃逸 失活 沉默 1 转基因研究的起源和发展 1985年，美国科学家Beachy等就设想将病毒的外壳蛋白基因转入植物基因组中，看其能否起到类似于交叉保护现象的作用以控制病毒病害。1986年他们将烟草花叶病毒( TMV)U1株的外壳蛋白cDNA转入烟草细胞，转基因植物及其后代有明显的抗病性，甚至还可以有效地减轻和延迟另一种相关的强病毒株的病症。自此, 随着分子生物学技术的飞速发展,转基因研究突飞猛进的发展起来[1][2]。 转基因技术彻底打破了常规育种中种属间不可逾越的鸿沟，为作物育种开辟了一条新途径。尽管转基因植物研究方面普遍存在转化率低、转化植株局限于少数作物和基因型、再生植株遗传不稳等问题，但是除高产转基因植物的研究报道较少外，在培育优质、抗虫、抗病、抗除草剂以及抗雄性不育转基因植物方面都取得了显著进展。 随着转基因研究的不断深入，转基因操作技术也得到了突飞猛进的发展。目 前较为成熟并被普遍采用的有两个方面： 载体转移，即以根癌农杆菌的Ti质粒和发根农杆菌的Ri质粒为载体，将目的基因整合到受体细胞核染色体上。科学家已经利用该技术转化成功双子叶植物近百种，但对于大多数单子叶植物，特别是禾本科作物来说，却少有成功的报道，原因在于单子叶植物对根癌农杆菌不敏感,使它难以附着或结合到这些植物细胞表面。 二、直接导入外源基因[3]，包括化学转化法（PEG法和脂质体介导法）、物理转化法（电激法和基因枪法）、整株导入法（花粉管通道法、微注射法、浸胚法、花粉浸渗法、另有俄籍华裔科学家提出了生物场转化法等）。 上述这些方法既可向受体导入分离的目的基因,也可转导含目的性状的供体总DNA。这对于当前农作物中大多数有重要经济价值的基因还没有分离出来的现状来说，具有十分重要的现实意义。 2 转基因技术存在的问题 2.1、外源基因的逃逸（Escape） 外源基因的逃逸（Escape）是指由遗传工程的方法转移到某一生物有机体的遗传信息(目标基因)在生物的个体、种群甚至是物种之间自发移动的过程．它包括了目标基因在转基因作物同一品种的个体之间的移动、在该作物种类的不同品种之间以及在该作物和野生近缘种(包括其杂草类型)之间的移动[4]，主要通过以下几种途径来完成： 2.1.1 转基因作物花粉的散布[5]： 转基因植物中花粉的散布成为外源基因逃逸的主要渠道之一，同样，花粉的散布在非转基因植物中也相当普遍。目前最常用的保护措施是采用空间和时间隔离，即根据外来花粉与保护作物杂交的频率来确定传粉隔离距离，或采用错期播种。通过研究发现，不同作物的转基因传粉距离是有差别的，这与特定作物的生物学传粉特性有关。同一种作物不同试验所估测的隔离距离也存在很大的变异性，这可能与周围植被的类型和密度、其他植物的开花期、气象条件以及传粉的途径(主要包括风媒和虫媒途径)等因素有关。 2.1．2 转基因植物作为野生亲缘种花粉的受体形成杂种[6] 转基因植物作为野生亲缘种花粉的受体，形成的杂种种子在土壤中残留、萌发。在条件适宜的情形下不断回交，转基因作物中的外源基因随之进入野生亲缘种的遗传背景，从而造成转基因的逃逸。 2.1.3 转基因植物根系分泌物和残枝落叶在土壤中的残留 Mayenc和Gleich(1994)报道，作物产生的毒素(toxins)往往被束缚在土壤颗粒中很难降解，并持续产生毒性，转基因作物也不例外。据James(1997)报道，苏云金杆菌毒素毒性可持续2～3个月。试验证明外源基因可通过根系分泌物改变根际细菌的生物学环境，造成空间上的逃逸。目前，人们只是对外源DNA在土壤中的残留量进行了研究，其对自然环境究竟能造成多大的影响，还有待于田间试验进一步确定。 2.1.4 食物链的传递 众所周知，食物链在生态系统中是十分普遍、极其重要的。转基因植物作为食物链的基本组成部分，很可能会使转基因植物中的外源基因转移到其它非靶标动物中，从而造成转基因的逃逸。Schuler、 Birch(1997)等通