小麦遗传转化研究进展

小麦作为最重要的3大禾谷作物之一,其离体培养具有很强的惰性,再生频率与水稻、玉米相比要低一些,目前大多通过对基因型和外植体的选择来达到植株的高频再生分化,因此其遗传转化就远远滞后于水稻和玉米,更不用说与其它双子叶植物相比了.重点综述了小麦转基因技术和外源基因在小麦中的遗传转化研究现状,其内容包括几种主要的小麦转基因方法和以基因枪法为主的各种转化技术对品质基因、抗除草剂基因和抗病等基因在小麦中的遗传转化研究进展,并对存在的一些问题进行了简要的论述.     

应用实时荧光PCR技术定性定量检测改良品质的转基因小麦

目的:对转入高分子量谷蛋白亚基的小麦中转基因成分进行实时荧光PCR定性定量检测。方法:针对转基因小麦品系中通用的ubiquitin启动子,NOS终止子以及标记基因bar基因进行定性筛选检测,同时用已知为单拷贝的Wx012基因作为小麦物种内源特异参照基因,用单粒B73转基因小麦提取基因组DNA建立内源基因和外源基因的标准曲线,对转基因小麦样品A进行定量检测,同时优化实时荧光PCR条件反应条件。定量检测结果为5.35%。结果:研究的实时荧光PCR技术对转基因小麦中转基因成分能够快速准确地进行定性定量检测。     

花粉管通道法转基因改良小麦品质的初步研究

为在短期内提高小麦品质,本研究构建了一个含有反义蜡质基因、HMWGS1Dy10基因和抗除草剂基因的重组质粒pWXAB,以优良小麦品种(冀麦24、白玉149、9411等)为材料,采用花粉管通道法进行转基因研究。对转基因后代进行除草剂筛选和SDSPAGE电泳。结果表明,除草剂基因及反义蜡质基因已经整合到小麦基因组中,从抗性水平而言,其转化频率为0.5%。     

主要农作物转基因研究现状和展望

近15年来,大豆、水稻、玉米、小麦等主要农作物转基因研究取得了较大进展,几乎各种遗传转化方法在这些作物上都取得了成功,尤其是农杆菌介导法,不仅在难转化的双子叶作物大豆上取得了成功,而且在单子叶作物水稻、玉米、小麦上先后取得了突破。同时,将一些与重要性状改良有关的外源基因转入了主要农作物,包括抗虫、抗病、抗除草剂、抗逆、品质改良、发育调控、营养吸收等。转基因大豆、玉米、棉花、油菜在生产上得到了大面积种植,产生了极大的经济效益,2004年全球转基因作物的种植面积达到了8100万公顷。本文对大豆、玉米、水稻和小麦等主要农作物转基因研究历史和产业化现状进行了综述,并对主要农作物转基因研究中存在的问题进行了分析。     

转基因小麦株系后代遗传稳定性的快速确证

转基因材料的遗传稳定性是基因工程成败的关键内容之一,快速确证其多代遗传特性是进行大量后代材料分析的技术保证。该文主要研究了从半粒转基因小麦B73-6-1种子中提取小麦基因组DNA的方法,并利用多重PCR技术以提取出的DNA作为模板对外源基因进行扩增,从而鉴定外源基因的遗传特性。对提取出的DNA进行琼脂糖凝胶电泳分析,实验结果表明,提取出的DNA产量和质量较高,而PCR的结果表明,所研究的方法可以同时扩增出两个外源基因,并利用该方法快速确证了转基因小麦B73—6—1外源udiA基因和bar基因的遗传稳定性。     

基因拆分技术的理论基础及其在限控转基因飘流中的应用

随着转基因作物种植面积的逐年增长,转基因安全性问题引起越来越多的争论,其中花粉扩散引起的转基因向近缘种飘流的问题是人们关注的焦点问题之一。基因拆分技术为采用生物学措施控制转基因飘流提供了新的思路和途径。基因拆分技术是基于内含肽intein介导的蛋白剪接功能而建立起来的。目前已在拟南芥、烟草、小麦等作物中证明多个基因拆分后能重新组装成有活性的功能蛋白,这为通过基因拆分技术控制转基因飘流提供了理论基础和实验支撑。本文对基因拆分技术的理论基础及其用于限控转基因飘流方面的研究进展进行了综述。     

定位转基因所在的小麦基因组的细胞遗传学方法

本文设计了一种利用细胞遗传学原理定位转基因小麦部转基因所在的基因组的系统方法,并对该方法的有效性和可靠性进行了验证。该方法利用分别含有AABB、AADD和BBDD基因组的小麦近缘四倍体与等测转基因小麦杂交,F1一倍体与同源非转化品种回交,根据回交群体中在抗性基因控制的性状上的分离比例以及各个体的染色体数目分析,从而对转基因小麦中转基因所在的基因组进行定位,该方法简单、可靠,实用性强,可供相关研究采用。     

转基因植物中T-DNA整合的分子特征及表达

植物中不同转基因方法转化外源基因的T-DNA整合特征既具有共性,又具有特性,使得转基因的遗传在各独立转化体间呈现多样性,另外多种遗传因子和限制因素使受体植物中外源基因的表达存在下降,甚至出现基因沉默等复杂现象。本文主要对农杆菌介导及裸露DNA直接转化转基因植物中T-DNA的分子特征和转基因表达的影响因子进行了介绍和概述。转化体中转基因的遗传稳定性和表达主要取决于转基因在植物基因组中的整合位置、拷贝数及组成结构。因而,通过对具有表达水平各异的转化体进行深入的遗传分析和分子生物学研究以及转化体之间进行的比较研究,将对转基因技术自身的完善、定点整合以及更有效的利用转基因技术都具有十分重要的意义。     

利用反义RNA技术分析春化相关基因VER17在冬小麦花发育过程中的功能

为了研究小麦春化相关基因VER17的功能,应用反义RNA技术,将VER17基因的反义片段构建到载体pBI121上,通过花粉管通道法获取转基因小麦.对T0代转基因植株GUS染色以及PCR等分子鉴定,得到14株含反义VERJ7基因片段的阳性转基因植株.对T0代和T1代的表型观察结果显示,VER17反义转基因植株开花时间延迟,并且穗的顶部和基部小花出现明显的退化.表明春化相关基因VER17在小麦发育过程中可能起到促进植物开花以及穗顶端和基部花发育的作用,减少小花退化,同时对雄蕊的发育也有影响.     

转bar基因小麦和非转基因小麦抗除草剂鉴定方法比较

方便、快捷、准确地对转基因小麦中的bar基因进行检测,对于筛选纯合稳定转基因植株、获得无筛选标记转基因植株、鉴定常规小麦品种和商品小麦中的bar基因成分等具有一定价值。本试验对叶片涂抹、植株喷洒、培养基添加除草剂3种方法鉴定转bar基因小麦植株的效果进行了比较,表明3种方法都能很好鉴定转基因小麦中的bar基因,叶片涂抹200mg/LLiberty鉴别的准确性高于PCR检测,植株喷洒Basta的适宜浓度为100mg/L,喷洒Liberty的适宜浓度为150mg/L,培养基添加Bialaphos的适宜浓度为5～8mg/L。叶片涂抹和植株喷洒除草剂方法受环境条件影响较大,区别转基因植株和非转基因植株的标准不够明确。相比之下,成熟胚离体培养除草剂筛选不受外界环境条件的影响,具有鉴定效果直观明了、操作简单、试验周期短等优点,在检测小麦转入或飘入的bar基因方面具有潜在应用前景。     

The transfer and history of "reduced height genes" (Rht) in wheat from Japan to Europe

Wheat is the main crop and often a strategic crop in many European countries. From a historical perspective, we describe the transfer of "reduced height genes" (Rht genes) from Japanese wheat varieties to wheat varieties in Europe and their influence on the increase of the total wheat production in the last century. Historic pathways of Rht genes were influenced directly or indirectly by wheat breeders exchanging seed samples and by some governments importing large quantities of wheat during historically critical periods for their countries.     

小麦抗赤霉病研究现状与展望

小麦是我国最重要的口粮作物之一。在小麦生产所面临的各种病害中,赤霉病的发生具有愈来愈严重的趋势,引起小麦产业界的高度关注。近几十年来,科研人员在小麦抗赤霉病遗传育种以及防控技术领域进行了持续不懈的努力,在赤霉病病原菌致病基因、小麦赤霉病抗性基因定位、克隆及功能研究以及抗赤霉病分子育种等方面取得了重大进展。本文主要从赤霉病抗性基因资源的发掘和鉴定、不同抗源遗传基础解析、小麦赤霉病抗性基因、抗赤霉病分子标记辅助选择育种与基因聚合以及小麦抗赤霉病基因的克隆和功能研究等方面进行了综述,分析了目前小麦抗赤霉病研究中存在的问题,并提出应加强基因克隆、功能分子标记开发以及应用单体型辅助选择(HAS)和标记组辅助选择(MSAS)等小麦抗赤霉病研究的相关建议。     

不同试点灌溉方式对冬小麦产量和品质性状的影响

小麦是我国主要的粮食作物之一。随着人们生活水平的提高,对小麦高品质的需求日益迫切。未来全球环境变化背景下,CO2 浓度升高、气候变暖、降水格局变化等将可能影响作物的生理过程,继而影响作物产量和质量。为此,选择两个试点(CO2 浓度、温度等环境条件不同) ,同期进行不同灌溉方式对两个冬小麦品种(中育5号和中优970 1)的产量和品质影响的试验研究。结果表明:2灌(拔节水和开花水)对小麦经济产量最有利;小麦生育后期增加灌溉可提高千粒重,尤其浇灌浆水对增加千粒重有利。在小麦拔节后期,随灌溉增加,小麦品质性状普遍呈现下降趋势,但个别品质性状因品种而异,即灌溉增加,对中优970 1的面包体积影响不大,对其沉降值、面团拉伸参数反而有利。同一品种产量和品质性状有明显的地域差异,在小麦开花至成熟期,大田环境CO2 浓度较高(增幅6 9.0μmol/ mol)、日均温度高2℃多的北京试点,与安阳试点相比,产量表现较低,多数小麦品质性状较优。说明北京试点的环境条件有益于品质改善,不利于产量提高,而且在小麦生育后期较高温度可能更为影响小麦产量和品质。从而在未来全球气候变暖背景下,温度小幅增加将可能改善小麦品质,但产量减少     

小麦耐热性鉴定方法及热胁迫应答机理研究进展

小麦是全球最重要的粮食作物之一,高温特别是开花期和灌浆期的高温胁迫严重影响小麦的产量和品质。本文从直接鉴定法和间接鉴定法两个方面提出了小麦耐热性的评价指标;分析了在高温胁迫下温度信号的感知和传递以及植物对高温的响应机理;从传统育种方法和基因工程策略两个方向综述了小麦耐热性培育的研究进展。最后总结了提高小麦耐热性的措施及存在的问题,并提出了今后小麦耐热性研究展望。     

基于全基因组的河北省小麦品种遗传多样性分析

丰富的遗传变异对于提高作物的环境适应性和遗传改良进度至关重要。小麦是重要的粮食作物,河北省作为我国第三大小麦产区,在保障国家粮食安全中占有重要地位。建国以来,河北省审定了大量小麦品种,然而有关其遗传基础的研究却相对缺乏。本研究以1949年至2012年的169份河北省小麦品种为材料,利用覆盖小麦全基因组的SSR标记分析了供试小麦品种的遗传多样性。结果表明,供试河北省小麦品种的3个染色体组中,以B染色体组具有最高的遗传多样性,A组最低;7个同源群中,以第5、4群具有最高的多样性水平,而第7群最低;在21条染色体上的遗传多样性变化较大,以4A、2D具有较高的多样性水平,1A染色体最低。从品种的更新换代角度看,自1949年以来,尽管品种的等位基因频率在下降,河北省小麦品种的多样性水平基本呈现上升趋势。在此基础上,根据遗传相似系数,供试品种可聚为5大类,聚类结果既反映出河北省小麦品种多样性水平的复杂多样,也反映出品种的地域性分布特征。     

GM wheat development in China: current status and challenges to commercialization

Genetic modification facilitates research into fundamental questions of plant functional genomics and provides a route for developing novel commercial varieties. In 2008, significant financial resources were supplied by the Chinese government for research and development (R&D) into genetic modification of the major crop species. This project was aimed at providing an opportunity for crop improvement while accentuating the development of a safe, precise, and effective wheat genetic transformation system suitable for commercialization. The focus here is on one of the key crops included in this project, wheat, to provide an insight into the main transformation methods currently in use, the target traits of major importance, and the successful applications of wheat genetic improvement in China. Furthermore, the biosafety and regulatory issues of major concern and the strategies to produce 'clean' transgenic wheat plants will also be discussed. This commentary is intended to be a helpful insight into the production and commercialization of transgenic wheat in China and to put these activities into a global context.     

影响小麦成熟胚再生频率因素的研究(简报)

以小麦成熟胚为外植体,研究了基本培养基、预处理类型、接种方式、植物激素的浓度和不同组合以及分化培养基中是否添加抗生素对愈伤组织诱导和分化的影响．在此基础上建立了一套高效的小麦成熟胚植株再生系统。经过试验,我们选择在MS培养基上接种经无菌水预处理的纵切成熟胚作为起始的试验条件。在含2mg／L2,4-D的MS培养基上．初级愈伤组织的诱导频率可达80％以上．在继代培养基中添加0．5mg／L6-BA和0．2mg／LNAA可以显著提高胚性愈伤组织的产生。而在再生培养基中加入适当浓度的头孢霉素可以有效提高胚性愈伤组织再生出小植株的比例。利用该再生系统,我们从5个小麦优良主栽品种的成熟胚再生出了可育的植株,再生频率达15．3％-34．5％。     

A reverse genetic, nontransgenic approach to wheat crop improvement by TILLING

We report the use of TILLING (targeting induced local lesions in genomes), a reverse genetic, nontransgenic method, to improve a quality trait in a polyploid crop plant. Waxy starches, composed mostly of amylopectin, have unique physiochemical properties. Wheat with only one or two functional waxy genes (granule-bound starch synthase I, or GBSSI) produces starch with intermediate levels of amylopectin. We have identified 246 alleles of the waxy genes by TILLING each homoeolog in 1,920 allohexaploid and allotetraploid wheat individuals. These alleles encode waxy enzymes ranging in activity from near wild type to null, and they represent more genetic diversity than had been described in the preceding 25 years. A line of bread wheat containing homozygous mutations in two waxy homoeologs created through TILLING and a preexisting deletion of the third waxy homoeolog displays a near-null waxy phenotype. This approach to creating and identifying genetic variation shows potential as a tool for crop improvement.     

The improved assembly of 7DL chromosome provides insight into the structure and evolution of bread wheat

Wheat is one of the most important staple crops worldwide and also an excellent model species for crop evolution and polyploidization studies. The breakthrough of sequencing the bread wheat genome and progenitor genomes lays the foundation to decipher the complexity of wheat origin and evolutionary process as well as the genetic consequences of polyploidization. In this study, we sequenced 3286 BACs from chromosome 7DL of bread wheat cv. Chinese Spring and integrated the unmapped contigs from IWGSC v1 and available PacBio sequences to close gaps present in the 7DL assembly. In total, 8043 out of 12 825 gaps, representing 3 491 264 bp, were closed. We then used the improved assembly of 7DL to perform comparative genomic analysis of bread wheat (Ta7DL) and its D donor, Aegilops tauschii (At7DL), to identify domestication signatures. Results showed a strong syntenic relationship between Ta7DL and At7DL, although some small rearrangements were detected at the distal regions. A total of 53 genes appear to be lost genes during wheat polyploidization, with 23% (12 genes) as RGA (disease resistance gene analogue). Furthermore, 86 positively selected genes (PSGs) were identified, considered to be domestication‐related candidates. Finally, overlapping of QTLs obtained from GWAS analysis and PSGs indicated that TraesCS7D02G321000 may be one of the domestication genes involved in grain morphology. This study provides comparative information on the sequence, structure and organization between bread wheat and Ae. tauschii from the perspective of the 7DL chromosome, which contribute to better understanding of the evolution of wheat, and supports wheat crop improvement.     

我国小麦赤霉病成灾原因分析及防控策略探讨

小麦是世界上三大粮食作物之一,是全球30亿以上人口的主粮。近年来,由于各种病虫害危害,全球小麦生产和粮食安全受到严重威胁,其中由禾谷镰刀菌引起的小麦赤霉病是小麦生产上重要的病害之一。此外,病菌会产生多种真菌毒素对人畜生命健康构成严重威胁。化学药剂的使用以及抗病品种的种植可以有效地控制小麦赤霉病的发生。但是,由于高产优质抗病品种匮乏、气候变暖等因素影响,小麦赤霉病在我国小麦主产区频繁暴发;同时,赤霉病菌抗药性产生致使化学农药的防控效果大大降低。从气候变化、耕作制度改变、小麦品种抗性及病菌抗药性等方面,分析了赤霉病暴发成灾的主要原因。在此基础上,结合当前赤霉病防控研究进展以及存在的科学问题,探讨该病害持续绿色防控的对策建议,以期为我国小麦赤霉病的防控研究提供参考。