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新型转基因抗草甘膦玉米的培育及转基因玉米安全控制技术的研究

李京  
【摘要】:转基因玉米是最早获得批准进行商业化种植的转基因作物之一,也是世界上种植面积最广的转基因粮食作物。目前,种植的转基因抗除草剂玉米主要是抗草甘膦玉米。事实上,及时开发具有自主知识产权的新一代转基因抗草甘膦玉米品种,是我国玉米种子产业面对国外竞争和挑战的唯一出路。转基因抗草甘膦植物可以通过以下三种途径获得:一是在植物体内过量表达EPSPS;二是引入能够降解草甘膦的酶;三是在植物中表达对草甘膦不敏感的EPSPS。本研究主要是通过向玉米中导入对草甘膦不敏感的EPSPS基因,从而获得了对草甘膦抗性良好的转基因玉米株系。 转基因技术作为一种非常强大的改造生命的技术,同时存在着相当的潜在风险,所以转基因农作物的控制和识别技术变得非常重要。尽管目前对于转基因有严格的监管政策,但是依靠物理分离和隔离的控制方法,转基因污染和意外传播仍然时不时发生。因此,在发展转基因生物技术的同时必须发展转基因安全技术。为此,本研究在培育转基因抗草甘膦玉米的同时,又发明了一种可以被选择性灭杀的玉米安全转基因控制的方法。 所得主要结果如下: (1) EPSPS基因G10是本课题组独立从微生物细菌Deinococcus radiodurans R1(GI:8469109)中发掘出来的,它是既不属于Class Ⅰ也不属于Class Ⅱ的新型抗草甘膦基因。根据玉米密码子的偏爱性,重新合成了新的G10基因,并且利用两个不同的组成型启动子pZmUbi-1和p35S-actintron分别启动该基因的表达。为了使该基因成功定位到细胞叶绿体内,在G10基因的5’端加上了一段玉米叶绿体信号肽。最终构建好的携带有两个G10基因的pCAMBI1300载体通过电转法导入农杆菌LB4404中。采用农杆菌介导的玉米转基因方法我们共获得了208个转基因抗草甘膦玉米株系。研究中,通过PCR检测、Southern blot、Western blot、Tail-PCR以及草甘膦抗性实验对所获得的转基因株系进行了分子生物的鉴定。结果表明,在所获得的转基因玉米株系中株系Anti-G-162不但对草甘膦表现出了高水平的抗性,而且为单拷贝株系,并且其T2代在农艺性状上与非转基因玉米相比并没有明显的差异。该株系在浙江的试验表明,其抗性水平至少和Monsanto的相同。因此在抗草甘膦转基因农作物开放以后,我们研发的产品能够和Monsanto的产品进行竞争,从而保护我国的转基因农作物种业。筛选出的株系可以作为良好的转基因抗草甘膦玉米,为下一步的玉米育种工作提供材料。 (2)转基因玉米因为异花授粉,花粉飘散的距离很远,容易造成基因漂移,如何进行安全控制一直是转基因安全控制研究的重点。根据本课题组早期转基因水稻的安全控制技术思路,我们也研究了一种在转基因玉米上适用的安全控制技术。本研究中,采用RNA干扰的方法抑制玉米体内烟嘧磺隆解毒酶基因CYP8IA9的表达,从而使转基因玉米对烟嘧磺隆敏感;同时引入一个抗草甘膦基因G1O,这样所获得的转基因玉米能被烟嘧磺隆选择性杀死但对草甘膦具有抗性,而常规玉米由于本身对烟嘧磺隆不敏感所以不会受到任何影响。本论文中,最终所获得的转基因玉米株系R450-58能被正常大田使用浓度的烟嘧磺隆杀死。上述结果表明,本研究发展的这种可被选择性灭杀的转基因玉米技术是非常简单并且方便的。事实上,我们可以将任意我们所感兴趣的基因导入到本研究所用到的T-DNA载体骨架上,从而培育出可被选择性控制的转基因玉米,进而根据我们的意愿通过喷施两种常用的除草剂轻易的选择出或是灭杀掉转基因玉米植株。这一技术的出现,将为我国发展更加安全、可靠、可控的转基因生物提供技术上的保障和支持。


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