胡赞民小组成果为转基因抗逆研究储备技术

2011-8-15 09:41 来源: 科学时报
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柠条花开

  尽管我国并未大范围推广对农作物进行抗旱、耐盐、抗药等基因技术改良,但作为技术储备,基因工程技术研究不能落后。在国家自然科学基金的持续资助下,中科院遗传与发育生物学研究所研究员胡赞民小组对“中国极端抗旱灌木抗旱基因克隆”进行了研究,并意外发现和耐盐、抗农药相关的基因。

必须的技术储备

  多年来,转基因作物的安全性等问题争议不断。

  目前,我国棉花、水稻、玉米等基因作物已获得生产应用安全证书。根据《农业转基因生物安全管理条例》、《中华人民共和国种子法》及《主要农作物品种审定办法》等法律法规的规定,获得安全证书后,还需通过品种审定,并获得种子生产许可证和种子经营许可证后,方可进入商业化生产。

  “我国引进的转基因玉米是用作饲料,棉花也只作了抗虫转基因研究。我们对农作物进行转基因研究有一些限制,进行抗旱、耐盐碱、抗除草剂等转基因研究也限于在实验室内对模式植物(拟南芥等)进行研究。并没有将相关技术真正应用于大田里,但相关的研究我们必须进行,我们得有自己的技术。”中科院遗传与发育生物学研究所研究员胡赞民说。

  胡赞民研究小组主要研究方向是经济作物遗传工程,主要致力于重要基因的克隆、新型植物表达体系的建立、遗传转化方法的探索、外源基因在植物中的表达规律和重要经济作物的遗传工程改良等研究工作,以不断为植物遗传工程的发展提供理论基础、新技术并获得重要经济作物新品系(品种)。

  目前,国际国内相关研究表明,转基因技术在农作物增产、降耗、品质改良、生产成本降低等方面优势明显。我国目前转基因农作物市场并未完全开放,但从全球技术发展趋势来看,转基因技术的发展和应用也许只是时间的问题。

  “比如国外对抗除草剂的转基因作物进行过很多研究,也有一些成熟的技术。但技术是人家的,如果我们没有自己的技术,将来就会受制于人。”胡赞民说,“如果在模式植物上取得很好效果,将来可以在农作物上进行研究。目前只是做些基础研究,技术储备我们得有。”

抗逆植物数柠条

  干旱是我国严重的自然灾害之一,它对农作物的高产稳产影响很大。

  在中国西北部极端气候环境中,植物形成了丰富的抗旱、耐寒和耐热、耐盐基因。利用基因工程技术,克隆出这些优良的抗逆(植物对抗不良环境,如旱、涝、盐碱、病虫害等)基因,通过基因转化提高植物抗逆性,对提高干旱、半干旱地区的植被覆盖,增加旱地农作物产量,改善西部生态环境,都是非常重要的。

  近几年,一些与抗旱、耐盐相关的基因被克隆和分析。2001年,在国家自然科学基金的资助下,胡赞民研究小组开始对抗旱基因进行筛选和比较研究,打算在收集西部抗旱林木资源的基础上克隆与抗旱、耐盐有关的基因。

  “现在很多抗旱、抗盐的基因都已经克隆出来了,我们就想从西部植物中找到一些抗旱基因,比较一下其中哪些抗旱效果更好,将来用于农作物、林木改良。”胡赞民说,“但这些研究没有继续,没有进一步完善。”

  该小组以抗逆植物柠条为研究对象,参照已公布的基因序列,根据序列保守区域设计引物,通过一些技术手段获得两个基因片段,又在此基础上通过比对拼接,获得相应的全长DNA 序列。与来自菜豆、欧洲葡萄、番茄、拟南芥的相关基因比较,构建了该基因的植物表达载体,将该基因导入烟草,获得了转基因烟草。检测结果表明,该基因的导入使烟草获得了抗旱性。该研究也为林木抗逆分子育种提供了相关的基因资源。

  在此后的研究中,该小组在这一领域获得多项专利,其中“一种获得耐高温高湿的景天属植物的方法及其应用”专利提供了一种获得耐高温高湿的景天属植物的方法,培育的新株系可用于我国北方地区城市屋顶绿化和公园草坪绿化。对“一种柠条转录因子CkAREB及其在抗逆植物培育中的应用”专利的性能测试表明,该基因的转入可以提高木本植物的抗旱性。“新的CkNHX基因及其剪切修饰基因CkNHXn,以及培育耐逆植物的方法”专利构建了酵母表达载体和植物表达载体。利用酵母突变株互补实验验证了该基因的耐盐功能。通过对转化植株抗盐性能的测试表明,该基因的转入可以使转基因植物具有抗盐性。

意外的收获

  “出乎意料的是,我们在对拟南芥进行抗旱基因克隆时,发现了抗盐和抗农药基因。”胡赞民说,“目前我们有一篇这方面的文章正在审稿过程中。”

  根据联合国教科文组织和粮农组织统计,全世界盐碱地面积约9.54亿公顷。中国有盐碱地9913万公顷,而且盐碱化和次生盐碱化都在逐年加重。因此植物耐盐基因工程在培育集高产、稳产、优质、抗逆于一身的农作物新品种上显示出独特的技术优势和巨大前景。通过基因工程手段培育能在盐碱地上种植的林木,是利用盐碱地的一条经济而有效的途径。

  1986年,抗除草剂的转基因棉花首次进入田间试验。该技术的发展为作物集约生产、降低能耗和减少田间管理成本起到了巨大作用。但国内在这方面一直鲜有研究。