甘蔗转基因育种研究进展

由于复杂的遗传背景、较低的可育性和缺乏优异种质资源等因素给甘蔗品种改良带来了很大的困难,而通过转基因技术为甘蔗品种改良提供了有效的途径。甘蔗通过转基因,不仅在其抗虫性(螟虫和蚜虫)、抗病性(白条病、花叶病和黑穗病)、蔗糖改良(蔗糖产量、蔗糖纯度和色泽)、抗除草剂、抗旱性等方面已经取得了很大的进展,而且转基因甘蔗作为生物反应器生产重组蛋白(GM-CSF等)和生物塑料聚羟基丁酸酯(PHB)也取得了很好的成果。综述甘蔗主要性状遗传改良研究进展、转基因存在的问题以及转基因安全性研究状况,并对今后的甘蔗转基因育种前景和研究方向进行分析。

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。

甘蔗一次多基因遗传转化及多重PCR检测

通过多基因遗传转化策略,水稻、玉米等农作物实现了一次多个性状的遗传改良,为探索甘蔗一次多基因遗传转化的可行性,用一个多基因植物表达载体,对甘蔗进行遗传转化。通过多重PCR法对4个外源基因在各个转基因株系内的整合与缺失进行检测。结果证明,甘蔗一次多基因遗传转化是可行的,但因插入的DNA片段较大,会发生基因丢失现象。因此,一次多基因遗传转化需要在转化的过程中获得相对较多的转化株系,才能从中筛选到有应用价值的株系。

BAC-FISH在植物基因组研究中的应用

细菌人工染色体荧光原位杂交(BAC-FISH)是将包含不同特性的BAC克隆直接定位到染色体上的技术,其在植物基因组学和分子细胞遗传学研究中具有不可替代的作用。综述其在各种植物染色体鉴定和核型分析、图谱构建、植物起源与进化分析、基因定位以及FISH的分辨率等植物基因组学研究的应用进展。

甘蔗新台糖22号的干物质及氮素积累与分配特征

以新台糖ROC22号为试材,对甘蔗全生育期各器官干物质积累、氮素积累和分配特征进行研究。结果表明:甘蔗随着植株的生长,其干物质积累逐渐增加,其中以茎的积累最快。整个植株的氮素积累随着植株生长不断上升,在生长稳定期达到顶峰后下降;茎中氮素的积累从拔节开始不断上升,但叶片中氮素的积累表现出先升后降。氮素在叶片的分配比例是随着植株生长而下降,而茎则相反。随着生育期的延长,氮素浓度总体呈下降趋势,但茎和根的浓度先升后降。

甘蔗转基因甘露糖筛选系统的建立

以甘露糖作为筛选底物,对甘蔗品种新台糖22号进行临界筛选浓度测定,获得愈伤组织的继代、分化、生根的临界筛选浓度。而后应用含有甘露糖筛选标记基因pmi及绿色荧光蛋白报告基因GFP的植物表达载体,通过农杆菌介导法对新台糖22号的愈伤组织进行遗传转化。用所测定的临界筛选浓度先后进行继代、分化、生根筛选培养,获得抗性植株。对获得的抗性植株分别进行pmi基因和GFP基因的PCR检测,以及GFP显微镜荧光检测,结果证实已成功建立了高效的甘蔗转基因甘露糖筛选系统。

甘蔗脱毒健康种苗中单糖转运蛋白基因差异表达分析

旨在探讨脱毒处理对单糖转运蛋白表达量的影响,分析了3种甘蔗单糖转运蛋白基因SGT1、SGT2和PST2a在健康种苗和常规种苗不同生长时期的表达量差异。结果显示,在苗期和分蘖期甘蔗脱毒健康种苗叶片中SGT1、SGT2和PST2a表达量高于未脱毒种苗;在拔节期和成熟期甘蔗脱毒健康种苗未成熟茎节中SGT1、SGT2和PST2a表达量也高于未脱毒种苗;而在成熟茎节中表达量没有差异。苗期和分蘖期甘蔗叶片以及未成熟茎节中细胞生长分裂旺盛,需要利用大量单糖以提供能源和生物合成的前体物质。结果表明,该3种单糖转运蛋白基因表达量上升可能提供更多单糖用于细胞代谢,促进脱毒健康种苗的快速生长及最终生物量的积累。

甘蔗组织培养外植体的防褐化措施

为了抑制甘蔗外植体在培养过程中产生的褐化,保证其的正常生长分化,就甘蔗不同部位的茎尖及不同的抗氧化剂进行了研究.结果表明,甘蔗幼嫩的带芽茎段萌生的腋芽（5～8位芽）适宜做外植体;用0.75 g·L^-1的抗坏血酸对外植体进行预处理30 min,可以有效地防止褐化的产生,且不影响外植体的生长分化.

不同光照强度及温度对甘蔗脱毒原种苗增殖效果的影响

选用甘蔗‘新台糖22号’为供试材料,分别研究了不同光照条件[40、60、80、100、120μmol/（m2·s）]和温度条件（25、26、27、28、29、30、31和32℃）对甘蔗脱毒原种苗组织培养中增殖率以及植株生长状态的影响。结果表明：光照和温度对甘蔗组培苗的增殖及形态建成有着极其显著的影响,且当光照在100～120μmol/（m2？s）,温度在28～30℃,甘蔗脱毒原种苗增殖率最为理想。

甘蔗单糖转运蛋白基因ShPST2a克隆及亚细胞定位

参照GenBank中公布的甘蔗品种Q117ShPST2a基因序列,设计特异性引物,采用RT-PCR方法从甘蔗成熟茎秆中扩增出甘蔗单糖转运蛋白的基因序列,命名为ShPST2a,该序列长2 455 bp,包含1个2 238 bp阅读框,编码745个氨基酸;构建该基因的瞬时表达载体,通过基因枪轰击洋葱表皮的方法对ShPST2a编码蛋白进行亚细胞定位研究。结果表明,该基因编码蛋白定位于细胞膜,符合细胞膜转运蛋白的特征,为进一步研究该基因编码蛋白的结构和功能奠定了基础。

带黑穗病菌蔗种的种植对蔗茎产量和蔗糖分的影响

甘蔗黑穗病是甘蔗种植过程中危害较为严重的病害之一,影响甘蔗的蔗茎产量和蔗糖分质量。为对黑穗病爆发比较严重的蔗区提供一种合理的种植模式,分别在2012年农历立春前及立夏前种植带黑穗病菌的甘蔗种茎,以种植未感染黑穗病菌的健康甘蔗种茎作为对照,观察这2期甘蔗生长过程的黑穗病发病情况,以及对甘蔗有效茎、株高、茎径和锤度的影响。结果表明:在不同的气候环境下,种植携带黑穗病菌的蔗种黑穗病发病差异显著;携带黑穗病菌的蔗种宜冬春早种,利用冬春季节阴冷潮湿的天气,延迟黑穗病菌的萌发,减少对有效茎的侵害,进而减少对产量的影响。

转基因甘蔗红糖DNA的提取及分子鉴定

随着不同转基因生物(GMO)制品的不断商业化,转基因成分检测技术也需不断更新。由于甘蔗红糖为甘蔗汁经高温熬煮浓缩而成,红糖中残留的DNA降解严重、含量低、片段短,且蛋白及糖分杂质含量高,所以甘蔗红糖DNA是比较难以收集并进行分子检测的。为了在转基因甘蔗红糖商业化前建立起转基因甘蔗红糖DNA的提取及分子鉴定技术,本研究以转基因甘蔗和非转基因甘蔗为材料,模仿传统的红糖制作工艺,分别获得了转基因甘蔗红糖与非转基因甘蔗红糖。通过对DNA提取方法进行改进,设计不同扩增片段长度的引物,并对传统PCR与荧光定量PCR进行比较,建立了稳定的甘蔗红糖DNA的提取方法及外源基因分子鉴定技术该技术对转基因甘蔗红糖与非转基因甘蔗红糖进行准确鉴别,为今后转基因甘蔗红糖的商业化所需的转基因食品鉴定提供技术支持,也为后面更为重要的转基因甘蔗白糖DNA的提取及分子鉴定提供借鉴。