转EPSPS基因抗除草剂水稻恢复系的培育及育种评价

为了培育既抗除草剂、综合性状又优良的杂交水稻组合,将3份抗除草剂衍生恢复系(华84EP-1、2、3)与5份不育系(红香2A、Y58S、广占63-4S、华1015S、天源6S)配组,对亲本、杂交组合的除草剂抗性和10个主要农艺性状(单株产量、结实率、千粒重、生育期、株高、有效穗数、着力密度、穗总粒数、穗实粒数、穗长)的配合力效应进行了分析。结果表明,所选育的恢复系的除草剂抗性接近完全(>96%),利用苗期喷施农达可有效地提高杂交品种纯度;恢复系、不育系的一般配合力分别在5个性状(结实率、生育期等)、7个性状(结实率、千粒重等)上达到了显著差异;杂交组合的特殊配合力仅在生育期上达到了显著差异。杂交组合中比对照增产最高的分别是天源6S/华84EP-1、红香2A/华84EP-3和华1015S/华84EP-1。因此,利用抗除草剂恢复系配制水稻杂交组合不仅可以提高品种纯度,也可以培育出强优势组合。

转cry1Ab-vip3Af 2和cp4-epsps基因的抗虫耐除草剂水稻的研究

为培育抗虫耐除草剂转基因水稻(Oryza sativa L.),本研究将抗虫融合基因cry1Ab-vip3Af 2与耐草甘膦基因cp4-epsps构建在同一T-DNA中,并利用农杆菌侵染法导入秀水134水稻。对获得的转化体的分子特征及抗虫耐除草剂性能进行分析研究,从众多转化体中筛选得到优良转化体VB3。High efficiency TAIL-PCR(Hi-Tail PCR)的分析结果表明,VB3转化体中外源T-DNA的插入位点未编码已知或预测的功能基因。DNA杂交印迹结果显示,VB3转化体的外源T-DNA以单拷贝的形式整合在水稻基因组中。酶联免疫吸附反应和蛋白质免疫印迹分析结果表明,T_(1)、T_(2)代VB3转化体的不同组织中均检测到较高的外源蛋白表达量,且不同世代之间表达量无明显差异。室内生测结果显示,VB3转化体对大螟(Sesamia inferens)、二化螟(Chilo suppressalis)和稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)均表现出较高的抗性。三种靶标昆虫的幼虫取食VB3植物组织后,48 h的死亡率达到90%左右,72 h内全部死亡。草甘膦耐受性能测定结果表明,VB3转化体能够耐受20、40和80 mL·hm^(-2)的草甘膦。综上所述,本研究筛选出的VB3转化体具有较好的生产应用前景。

抗虫耐除草剂转基因玉米示范种植技术

2021年国家启动了转基因玉米、大豆产业化试点工作,在科研试验田开展;2022年将试点种植范围扩大到部分农户;2023年试点种植范围扩大到5个省区20个县。其中赤峰市翁牛特旗和宁城县作为2023年国家生物育种产业化试点旗县,承担着6.3万hm^(2)国家转基因玉米的试点任务。内蒙古自治区赤峰市在推进国家生物育种产业化试点过程中,在试点县建立了多个展示示范区,开展了一系列品种比对及种植技术比对试验,总结出一套适宜全市转基因玉米栽培管理的技术,为全市转基因玉米示范推广提供了技术支撑,以推动生物育种产业化扩面提速。

油菜种源打破国外抗除草剂基因专利垄断

控制杂草危害是世界级作物生产难题,草害可使油菜籽产量减产50%以上。化学除草是控制农田杂草生长危害的有效手段,但一直以来,由于我国缺少抗除草剂油菜优异种质,无法培育抗性品种,致使油菜生产化学除草手段非常有限,草害严重影响油菜生产。

抗除草剂bar基因与EPSPS基因在转基因甘蔗中的应用研究

通过农杆菌介导法,分别将bar基因和EPSPS基因导入到甘蔗中,分别获得了抗草铵膦和草甘膦两种除草剂的转基因甘蔗。通过直接喷洒田间施用浓度的草铵膦和草甘膦除草剂,证明了转基因甘蔗T0、T1代、宿根1代和宿根2代外源基因遗传稳定,且均具有稳定的耐除草剂的功能。因此转耐除草剂基因的甘蔗,可以与转耐除草剂基因的玉米、大豆、油菜和棉花一样,有广阔的应用前景。

转EPSPS基因抗除草剂玉米‘CC-2’对土壤动物群落的短期影响

综合利用手捡法、干漏斗法和巴氏罐诱捕法3种方法,以群落组成、物种丰富度、个体数、多样性指数、均匀度指数和优势度指数为参数,系统研究转EPSPS基因抗除草剂玉米‘CC-2’种植对土壤动物群落的短期影响。结果表明,无论是喷施除草剂处理还是不喷施除草剂处理,转基因玉米‘CC-2’较之对应的非转基因对照‘郑58’,在土壤动物群落组成及群落结构参数等方面均无显著差异。可初步认定,转EPSPS基因抗除草剂玉米‘CC-2’对土壤动物群落无不利影响。

转EPSPS基因抗除草剂玉米CC-2对田间节肢动物多样性的影响

【背景】转基因手段已成为改良玉米品种的重要途径之一,具有诸多优点的转基因玉米越来越受到人们的青睐。转基因玉米带来巨大经济和社会效益的同时,其安全风险问题也引发人们广泛关注,因此有必要对转基因玉米进行生物多样性影响评价。【方法】采用直接观察法和陷阱法对种植转EPSPS基因抗除草剂玉米CC-2及其对应的非转基因对照郑58的田间节肢动物进行调查,分析其群落组成、群落结构及主要类群动态。【结果】转基因玉米CC-2无论是喷施除草剂还是不喷施除草剂处理,与其对应的非转基因对照郑58相比,田间节肢动物群落组成、群落结构,以及田间主要节肢动物类群动态均无显著差异。【结论与意义】初步认为转EPSPS基因抗除草剂玉米CC-2对节肢动物多样性无安全风险,为转EPSPS基因抗除草剂玉米的推广提供一定生态安全数据。

转双价抗虫抗除草剂基因(Cry1Ac+EPSPS)棉与非转基因棉生物学特性差异的研究

以双价抗虫抗除草剂基因(Cry1Ac+EPSPS)棉为观察品种,非转基因棉赣棉11号为对照品种,进行了棉花生育性状、产量性状等的比较和评价研究。结果表明:与对照品种相比,双价抗虫抗除草剂基因棉在成铃至吐絮期株高增长显著(超速6.6～9.1 cm);在盛铃期之前成铃变缓极显著(少10.7个铃);花铃期至盛铃期果枝层生成慢显著(少1层);果枝角度变大极显著(大2.1°);主茎节距拉长极显著(长0.6 cm);叶色加深显著;衣分率降低极显著(低1.7%);籽指升高极显著(高1.77 g);纤维整齐度指数升高显著(高1.325%);纺纱均匀指数增加显著(增7.5);籽棉、皮棉、霜前籽棉、霜前皮棉均减产极显著。初步评价:双价抗虫抗除草剂基因棉的生育性状、产量性状较差,纤维纺纱性状较好,推广种植性较差。

我国转基因抗虫耐除草剂玉米产业化应用面临的机遇与挑战

玉米是我国重要的粮食作物和饲料作物,虫害和杂草防治是我国玉米生产面临的重大瓶颈问题。转基因抗虫耐除草剂玉米的应用能够减少农药使用量,在提高玉米产量、提升玉米收获品质方面具有重要作用。自1996年国外转基因抗虫耐除草剂玉米商业化应用以来,有效控制了玉米螟和草地贪夜蛾等鳞翅目害虫的为害,降低了除草成本,经济效益、社会效益和生态效益十分显著。对近10年来全球和我国转基因抗虫耐除草剂玉米的产业化发展现状进行了综述,分析了我国转基因抗虫耐除草剂玉米产业化面临的机遇与挑战,并为加快推进我国转基因玉米产业化应用提供了建议。

转EPSPS基因抗除草剂棉花在杂交制种中的应用初探

以转EPSPS基因抗除草剂棉花种质为父本,以不具有除草剂抗性的普通陆地棉种质为母本,实施不去雄直接授粉配置杂交组合,并继而对其F1代杂交种苗期进行除草剂筛选鉴定,据此探讨出一种简化制种方法。SSR分子标记检测结果表明,该方法可以得到100%纯度的杂交种。该方法进一步改良后可以结合营养钵育苗在棉花杂交制种中推广,在简化制种技术上有重要利用价值。

转抗虫抗草甘膦除草剂基因(Cry1Ac+EPSPS)棉的检测技术与生存竞争能力研究——基于草甘膦压力和对靶标害虫不防治环境下

此研究为国家转抗虫抗草甘膦除草剂基因(Cry1Ac+EPSPS)棉环境安全评价技术建立而设。在草甘膦压力和对靶标害虫不防治环境下的检测技术,以杂交抗虫棉赣棉杂1号和非转基因棉赣棉11号为2个对照,来检测评价转抗虫抗草甘膦除草剂基因(Cry1Ac+EPSPS)棉的生存竞争能力。结果:转Cry1Ac+EPSPS棉与两个对照相比不显示抗虫优势;株高增长无竞争力;覆盖度有不显著的弱竞争力;单株成铃、单铃籽棉重、单铃皮棉重、衣分率、脱落率、籽棉产量、皮棉产量与赣棉杂1号比呈现显著或极显著的负竞争优势,与赣棉11号比无竞争优势;果枝层数前期与两对照相比有极显著的负竞争优势,后期与赣棉杂1号比无竞争优势,与赣棉11号比有显著的负竞争优势。结论:转Cry1Ac+EPSPS棉推广种植可行性较差。本项检测技术和评价方法有较好的适用性。

油菜抗除草剂新种质PN19的交互抗性鉴定及其抗性基因的表达研究

鉴定抗除草剂油菜种质对不同种类除草剂的交互抗性,获得可安全交替使用的其他类型除草剂,可延长抗性品种使用时间。本研究以油菜抗SU类除草剂新种质PN19及转抗性基因的拟南芥和烟草为材料,在3-5叶期喷施不同浓度梯度的五大类ALS抑制类除草剂(SU、IMI、TP、PB和SCT类),通过抗性鉴定以确定PN19对各类除草剂的交互抗性。结果表明:SU和SCT类交互抗性最强,IMI和TP类其次,PB类最低。转基因植株除草剂抗性评价及烟草ALS酶体外活性分析表明,五类除草剂交互抗性功能源于靶标ALS酶对各除草剂敏感性下降。且五类除草剂处理后PN19抗性基因较野生型表达上调。本研究为田间ALS类除草剂混合使用进行杂草防控提供了可能性。

源于Halomonas sp.抗草甘膦EPSPS的克隆、鉴定及应用

为培育高抗草甘膦作物以应对草甘膦杂草进化,从海洋细菌中筛选到1株高抗草甘膦的盐单胞菌属菌株(Halomonassp.),通过基因组测序及生物信息学分析,确定该菌株的EPSPS基因,在Escherichiacoli(DE3)中对fHoEPSPS、mfHoEPSPS(G384A位点突变)和mHoEPSPS(mfHoEPSPS N端缺失PDT)进行重组表达和纯化,并运用自切割肽LP4/2A介导的基因聚合策略,将抗草铵膦的酶(Repat)置于mHoEPSPS的N端,构建了双抗草甘/铵膦酶(RLH),将其编码基因导入烟草后赋予草甘/铵膦复合抗性。结果显示,该菌株的EPSPS基因(fHoEPSPS)可编码一个N段融合了预苯酸脱水酶(PDT)的双功能酶。草甘膦抗性分析显示mfHoEPSPS的抗性比fHoEPSPS提高了19倍,将mHoEPSPS基因导入烟草后可赋予烟草3倍推荐剂量的草甘膦耐受性,转RLH基因的烟草能够耐受3~5倍推荐剂量的草甘/铵膦复合除草剂。结果表明,源于Halomonas sp.的抗草甘膦EPSPS是一种新型草甘膦耐受酶,通过G384A的位点突变可提高酶活;利用自切割肽介导的基因堆叠策略获得的转RLH基因烟草表现出较高草甘/铵膦复合抗性。

后基因组时代发展抗除草剂作物的机遇及挑战

全球农业正在面临着严峻的挑战,育种技术是种业发展的基础和关键。基因编辑技术是指对目标基因进行定点修饰,实现对特定靶标基片段的删除、插入和替换。利用基因编辑技术可以精准修改目标基因或将某种优良基因引入到作物中产生优良农艺性状,在分子设计育种中具有巨大潜力,对保障粮食安全具有重大意义。杂草危害对作物的产量和品质影响巨大,如何高效、安全、可持续地防治草害一直是研究的热点。目前,全球市场已经出现超过200种的化学除草剂,利用化学方法来防治草害已成为现代化农业的重要组成部分,抗除草剂作物的推广也显著降低了杂草防治成本,但随着抗除草剂作物的大面积推广和长期使用单一除草剂,杂草抗/耐药性和抗性基因逃逸等环境安全问题逐渐被发现。目前,功能基因组学、生物信息学、基因工程技术的发展(特别是基因编辑技术在植物中的广泛应用),为创制抗除草剂作物和新型高效的除草剂系统创造了条件。本文首先介绍抑制植物氨基酸生物合成、植物脂类代谢、植物类胡萝卜素、质体醌和生育酚生物合成途径除草剂的主要作用靶标基因及其作用机制。其次,介绍2种挖掘新型抗除草剂基因与除草剂系统的方法,包括基于CRISPR/Cas系统对作物内源的除草剂抗性基因进行定向突变方法和基于天然产物与生物体在自然界中存在共同进化理论的抗性基因导向方法。同时,介绍3种培育抗除草剂作物方法的研究进展,包括常规育种培育法、转基因育种培育法和基于CRISPR/Cas基因组编辑技术培育法。其中,重点介绍CIRSPR/Cas系统、碱基编辑技术和Prime-editing系统在培育抗除草剂作物中的研究进展。针对抗性杂草的产生及环境安全问题是当前化学防治杂草面临的主要挑战,以及抗除草剂作物所面临的主要挑战是基因逃逸问题。目前,快速发展的基因组编辑技术为后基因组时代发展抗除草剂作物提供了新的解决策略和新的机遇。最后,对除草剂作物的未来进行了展望。

抗除草剂作物的研发与应用进展

抗除草剂作物在农业生产中发挥了重要作用,种植抗除草剂作物能提高杂草防除效率,降低农业生产成本。但随着抗除草剂作物大面积推广和长期使用单一除草剂,抗除草剂作物自身杂草化、抗性基因漂移、除草剂选择压导致的杂草抗性问题也逐步显现,如何科学研发和应用抗除草剂作物值得深入思考。本文系统综述了全球利用转基因技术、自然变异、人工诱变以及基因编辑技术研发抗除草剂作物及其商业化应用的进展;特别介绍了我国抗除草剂转基因作物的研发及应用现状。从抗除草剂作物自身杂草化、抗性基因漂移以及除草剂选择压3个方面分析了抗除草剂作物种植可能引起的抗性杂草问题,并提出了应对措施,以期为我国抗除草剂作物的研发及产业化发展提供理论参考。

土壤跳虫对转EPSPS基因抗除草剂玉米CC-2种植的响应

为研究转EPSPS基因抗除草剂玉米CC-2的种植对土壤跳虫群落的影响,探讨土壤跳虫对环境因子变化的响应,采用土漏斗法收集2014年5月至10月的转基因抗除草剂玉米CC-2及其非转基因对照玉米郑58田间土壤跳虫样品,分析其群落组成、形态特征值和群落多样性指数。在此基础上,采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)探讨了土壤跳虫群落与环境因子之间的关系。结果表明,转基因抗除草剂玉米CC-2与其非转基因对照玉米郑58田间土壤跳虫群落组成基本一致。重复测量方差分析结果表明:两种玉米材料田间土壤跳虫群落形态特征值(眼睛数量、体长、体色、弹器发达程度、触角长度)均无显著差异;两种玉米材料田间土壤跳虫群落多样性指数(物种丰富度、个体数、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀性指数)均无显著差异。冗余分析表明,玉米根部生物量和样地含水量对土壤跳虫群落产生了显著影响,而玉米材料则未对其产生显著影响。初步结论为,转基因抗除草剂玉米CC-2的种植对土壤跳虫群落无不利影响。

抗除草剂水稻种质创制研究进展

水稻是极其重要的粮食作物,不仅在我国,而且在全球都是如此。杂草是影响稻米产量和品质的主要因素。近些年来,人们在研究和应用除草剂和抗性转基因水稻方面取得了巨大的突破。我国的除草剂正在向环保、绿色、可持续性发展的方向迈进,抛弃了过去粗放式的生产方式,这得益于育苗和种植技术的不断改革。产品的种类、制剂和效能等各个方面都发生了巨大的变化。我国的除草剂产业在近十年逐渐兴起,使用范围也迅猛扩大。本文概述了除草剂的使用现状和发展趋势,以及稻田常用的几种除草剂类型及其作用机理,抗除草剂的主要基因,抗除草剂和转基因水稻的研发进展和应用。

转基因抗虫耐除草剂玉米MON87411精准定量检测方法的建立

【目的】抗虫耐除草剂玉米MON87411是孟山都远东有限公司利用农杆菌介导方法研发的玉米转化体,已获得我国进口用作加工原料的农业转基因生物安全证书。为满足生物安全监管的要求,亟需建立该转化体的定量检测方法。【方法】根据抗虫耐除草剂玉米MON87411的两端旁侧序列信息设计引物和Taqman探针,进行引物筛选、特异性检测、PCR体系优化、标准曲线建立、正确度及精密度检测、检出限及定量限测试、微滴数字PCR方法验证等。【结果】该方法能特异、定量地检测出抗虫耐除草剂玉米MON87411转化体成分,检出限低至10拷贝,定量限为40拷贝。对测试样品定值准确,经微滴数字PCR方法验证结果一致。【结论】本方法为该新品种转基因玉米品系的精准定量提供了一种新的检测方法,为生物安全监管提供了有效的技术支撑。

非转基因抗ALS酶抑制剂大豆、油菜和玉米对除草剂的抗性研究

随着农业现代化和农村城镇化,除草剂的大面积使用将是趋势,具有除草剂抗性的作物,在种植过程中可以直接通过施用除草剂,杀灭田间杂草,而不伤害作物,从而提高生产效率和作物产量.在培养皿培养条件下,采用室内生物测定方法,测定了非转基因抗除草剂的大豆、油菜和玉米种子在多种除草剂(烟嘧磺隆,甲咪唑烟酸,啶磺草胺,氯吡嘧磺隆,砜嘧磺隆,双草醚和氟唑磺隆)的不同浓度下的发芽情况.结果显示,抗除草剂油菜种子相对感除草剂油菜种子并没有显示出明显的除草剂抗性,而非转基因抗除草剂大豆和玉米相对敏感型玉米显示出明显的除草剂抗性.结果表明,在实验中所用的抗除草剂油菜品种推广过程中,不能使用啶磺草胺、氯吡嘧磺隆和砜嘧磺隆这3种除草剂,以免抑制种子生长;是否能够使用烟嘧磺隆和甲咪唑烟酸这两种除草剂,需要进一步精确的实验论证;在本实验中所用的抗除草剂大豆品种推广过程中,可以使用啶磺草胺、甲咪唑烟酸、双草醚、氟唑磺隆和烟嘧磺隆这5种除草剂,浓度在4X以内时,不会对大豆芽生长产生抑制作用;在实验中所用的抗除草剂玉米品种推广过程中,不能使用甲咪唑烟酸和双草醚,可以使用烟嘧磺隆,能否使用啶磺草胺、氟唑磺隆这两种除草剂,需要进一步精确的实验论证.研究结果为非转基因型抗除草剂油菜、大豆和玉米种子的推广奠定了基础.

磺酰脲类除草剂对抗性油菜田间杂草的防除效果及安全性评价

草害是影响油菜产量和品质的重要因素之一,种植抗除草剂品种,配合化学除草是解决油菜田杂草防治最经济有效的方法。为筛选适合抗除草剂油菜新品种搭配使用的除草剂,本研究以非转基因抗磺酰脲类除草剂油菜新种质M342为材料,比较了苯磺隆等11种磺酰脲类除草剂的防除效果和安全性。结果显示,11种磺酰脲类除草剂对油菜田杂草的鲜重防效均在70%以上,均能显著降低杂草对氮、磷、钾和水分的消耗。啶嘧磺隆对M342有严重药害,喷施后植株腐烂并逐渐坏死。苄嘧磺隆和氟唑磺隆也对M342的产量有显著影响,分别比人工除草对照减产6.22%和16.59%。其余8种磺酰脲类除草剂对M342的产量均无显著影响,可应用于抗磺酰脲类除草剂油菜新品种田间杂草的防除。