抗穗發(fā)芽轉(zhuǎn)基因小麥的創(chuàng)育

由國(guó)家小麥工程技術(shù)研究中心尹鈞博士承擔(dān)的河南省杰出人才創(chuàng)新基金項(xiàng)目“抗穗發(fā)芽轉(zhuǎn)基因小麥的創(chuàng)育”，運(yùn)用現(xiàn)代基因工程技術(shù)，研制出了抑制成熟小麥在連續(xù)陰雨天發(fā)芽的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，解決了影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的瓶頸技術(shù)難題，培育出了抗穗發(fā)芽的轉(zhuǎn)基因小麥新品系。目前，該項(xiàng)目已完成了在河南省的中試，參加了國(guó)家安全性評(píng)價(jià)，并被列入國(guó)家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目。該項(xiàng)目推廣后將產(chǎn)生較大的減災(zāi)效益和社會(huì)效益。

　　轉(zhuǎn)基因小麥新技術(shù)在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)入中試階一項(xiàng)旨在抑制成熟小麥在連續(xù)陰雨天發(fā)芽的小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)，2004年6月上旬在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行了中試，利用該項(xiàng)技術(shù)培育的轉(zhuǎn)基因抗穗發(fā)芽小麥新品系也同時(shí)在河南省進(jìn)行中試。專(zhuān)家認(rèn)為，小麥抗穗發(fā)芽技術(shù)的研制成功及其推廣應(yīng)用，將對(duì)我國(guó)小麥的安全生產(chǎn)發(fā)揮積極作用。

　　據(jù)介紹，小麥?zhǔn)斋@前遇雨發(fā)生穗發(fā)芽的現(xiàn)象是世界主要小麥生產(chǎn)國(guó)在小麥生產(chǎn)中存在的重要問(wèn)題。由于穗發(fā)芽影響，世界小麥的產(chǎn)量年損失近１億噸。我國(guó)黃淮麥區(qū)因成熟期遇雨也多次發(fā)生大面積小麥穗發(fā)芽，進(jìn)而造成斷種和面粉不能食用的災(zāi)情；在北方麥區(qū)，雖然沒(méi)有梅雨季節(jié)，但個(gè)別年份也曾出現(xiàn)過(guò)麥?zhǔn)掌谶B續(xù)陰雨導(dǎo)致小麥穗發(fā)芽的情況。由于穗發(fā)芽會(huì)導(dǎo)致小麥種子內(nèi)部一系列的生理生化變化，蛋白質(zhì)、淀粉等貯藏物質(zhì)分解，從而造成籽粒產(chǎn)量，特別是面粉的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和加工品質(zhì)下降，小麥?zhǔn)�去種用價(jià)值，將給小麥生產(chǎn)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，小麥穗發(fā)芽是長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外小麥育種專(zhuān)家和生理學(xué)家廣泛關(guān)注的問(wèn)題。目前生產(chǎn)上所使用的大多數(shù)小麥栽培品種，均存在一定的穗發(fā)芽。　　

　　河南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家小麥工程技術(shù)研究中心副主任尹鈞介紹，國(guó)內(nèi)外有關(guān)硫氧還蛋白 Trx 生物學(xué)功能和反義基因作用機(jī)理的研究為創(chuàng)育抗穗發(fā)芽小麥資源提供了一條新途徑。Trx 是一種能催化二硫鍵氧化還原反應(yīng)的功能蛋白，它能改變種子中淀粉酶和蛋白質(zhì)酶等重要酶的活性，增加貯藏蛋白的水溶性和促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水解的作用，對(duì)作物種子萌發(fā)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)有重要的調(diào)節(jié)作用。源于藍(lán)色黑鴨草的 trxs 基因與Trx基因同屬于硫氧還蛋白基因家族，其蛋白質(zhì)表達(dá)產(chǎn)物有相似的生物活性。將反義 trxs 基因?qū)�入小麥有望降低種子中 Trx 的活性，抑制淀粉酶和蛋白質(zhì)酶的活性，減慢種子發(fā)芽時(shí)的淀粉、蛋白質(zhì)的水解和碳氮代謝，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因小麥子粒發(fā)芽能力減弱。

　　該課題組從1997年開(kāi)始進(jìn)行反義 trxs 基因?qū)�入小麥的研究，在�?guó)家“863”項(xiàng)目、國(guó)家轉(zhuǎn)基因植物與產(chǎn)業(yè)化研究專(zhuān)項(xiàng)和河南省杰出人才創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助下，研究采用基因槍轉(zhuǎn)化技術(shù)，對(duì)黃淮麥區(qū)十多個(gè)推廣品種、數(shù)萬(wàn)個(gè)幼胚進(jìn)行了遺傳轉(zhuǎn)化，通過(guò)幼胚愈傷組織的誘導(dǎo)、篩選與植株再生培養(yǎng)，獲得了轉(zhuǎn)基因再生植株，經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)基因小麥后代株系的追蹤分子檢測(cè)和純合系篩選，目前已得到了目的基因在小麥基因組中遺傳穩(wěn)定的轉(zhuǎn)基因第四代小麥。通過(guò)對(duì)目的基因的分子檢測(cè)，確定了目的基因在小麥基因組中的遺傳穩(wěn)定情況；通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因小麥籽粒和胚乳的生化生理特性測(cè)定，證明了目的基因在轉(zhuǎn)基因小麥部分株系中能夠正常表達(dá)；通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因穩(wěn)定遺傳和表達(dá)的株系進(jìn)行模擬降雨抗穗發(fā)芽試驗(yàn)，證實(shí)部分轉(zhuǎn)基因株系與對(duì)照組相比，具有很強(qiáng)的抗穗發(fā)芽能力。

　　據(jù)尹鈞介紹，他們根據(jù)轉(zhuǎn)基因在基因組中的整合情況、分子檢測(cè)結(jié)果和轉(zhuǎn)基因小麥子粒生理生化變化，與轉(zhuǎn)基因株系在抗穗發(fā)芽試驗(yàn)中的表現(xiàn)，已經(jīng)獲得了4個(gè)具有抗穗發(fā)芽能力的轉(zhuǎn)基因純合株系，并且研究結(jié)果顯示外源反義 trxs 基因已經(jīng)整合到小麥基因組中，并能穩(wěn)定遺傳，外源反義 trxs 基因的導(dǎo)入與表達(dá)，直接干擾了小麥自身Trx基因的表達(dá)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因小麥子粒中硫氧還蛋白水平下降。

　　通過(guò)抑制小麥自身硫氧還蛋白的活性，抑制了高等電點(diǎn)淀粉酶同工酶活性，降低了儲(chǔ)藏蛋白質(zhì)自由巰基的水平與可溶性，影響了子粒儲(chǔ)藏物質(zhì)的水解動(dòng)員與正常的碳氮代謝。因此，子粒發(fā)芽所需營(yíng)養(yǎng)不能得到有效供應(yīng)是轉(zhuǎn)基因小麥具備抗發(fā)芽能力的主要原因。