中國(guó)轉(zhuǎn)基因在棉花領(lǐng)域研發(fā)應(yīng)用的二十年
1.5纖維品質(zhì)改良轉(zhuǎn)基因棉花
棉纖維是棉花產(chǎn)量形成的主要部分，其品質(zhì)決定經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在生產(chǎn)實(shí)踐中，高產(chǎn)棉花不優(yōu)質(zhì)、優(yōu)質(zhì)棉花不高產(chǎn)是限制棉花種植業(yè)發(fā)展的主要因素之一。隨著紡織工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)棉花纖維品質(zhì)不斷提出新的要求，傳統(tǒng)的遺傳育種技術(shù)已經(jīng)不能解決生產(chǎn)實(shí)踐中關(guān)于棉花產(chǎn)量和品質(zhì)之間存在的矛盾。利用基因工程技術(shù)將棉花纖維發(fā)育相關(guān)基因?qū)朊藁�，提高棉花纖維產(chǎn)量和品質(zhì)，成為當(dāng)前棉花增產(chǎn)和品質(zhì)改良的主要途徑。同時(shí)，隨著高通量基因克隆和表達(dá)分析技術(shù)的不斷發(fā)展，大量與棉花纖維產(chǎn)量和品質(zhì)相關(guān)基因和表達(dá)調(diào)控元件得到了驗(yàn)證，并初步應(yīng)用于棉花。
據(jù)報(bào)道，棉花纖維增產(chǎn)基因主要與棉花種子發(fā)育和IAA等激素代謝相關(guān)。李德謀等將GhASN-Like導(dǎo)入棉花，提高了轉(zhuǎn)基因植株的單株成鈴數(shù)和單鈴種子數(shù)，增加了籽棉和皮棉的產(chǎn)量。裴炎等利用棉花纖維細(xì)胞特異啟動(dòng)子FBP7，驅(qū)動(dòng)IAA合成基因iaaM在棉花中表達(dá)。使在棉纖維發(fā)育起始階段，胚珠表面的IAA含量迅速增高，增加了能夠發(fā)育成纖維的細(xì)胞數(shù)量。經(jīng)過(guò)連續(xù)4年測(cè)產(chǎn)，轉(zhuǎn)基因棉花纖維產(chǎn)量比對(duì)照提高了15%以上。
棉花纖維品質(zhì)與紡織工業(yè)的應(yīng)用密切相關(guān)，主要涉及了棉纖維長(zhǎng)度、細(xì)度、強(qiáng)度、色澤等指標(biāo)。目前，利用基因工程技術(shù)將調(diào)控棉花纖維發(fā)育的相關(guān)基因?qū)朊藁▉?lái)提高棉花纖維品質(zhì)，已經(jīng)取得了初步的進(jìn)展。李文彬等利用棉花纖維特異啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)吲哚雙加氧酶(bec)基因在棉花中表達(dá)，使轉(zhuǎn)基因棉花纖維獲得了特殊的顏色。左開(kāi)井等將GbAnn9導(dǎo)入棉花，轉(zhuǎn)基因棉花纖維長(zhǎng)度比對(duì)照材料增加2—3.5mm，纖維強(qiáng)度增加0.3—3.3CN/tex。夏桂先等將棉花苯丙烷類(lèi)化合物木質(zhì)素合成基因GhLIN2導(dǎo)入棉花，增加轉(zhuǎn)基因棉花纖維內(nèi)木質(zhì)素含量，使棉花纖維長(zhǎng)度、細(xì)度和強(qiáng)度均得到顯著提高。李曉榮等利用35S啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)棉花尿甘二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因GhUGP1在棉花中表達(dá)，獲得的轉(zhuǎn)基因棉花材料纖維長(zhǎng)度比對(duì)照增加18.5%，斷裂比強(qiáng)度增加31.85%。
此外，通過(guò)對(duì)棉花纖維細(xì)胞發(fā)育機(jī)理的簡(jiǎn)析，分離獲得了多個(gè)與棉花纖維品質(zhì)相關(guān)的候選基因。劉進(jìn)元等克隆獲得棉花纖維可逆糖基化蛋白酶基因，該基因可以通過(guò)控制棉纖維中多糖物質(zhì)的積累，進(jìn)一步提高棉纖維的品質(zhì)。李學(xué)寶等克隆獲得棉花纖維特異表達(dá)的水孔蛋白家族基因GhPIP2；6，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物主要在伸長(zhǎng)期的棉花纖維中高表達(dá)，通過(guò)在酵母中表達(dá)研究發(fā)現(xiàn)可以使細(xì)胞長(zhǎng)度增加1.3—1.47倍。朱玉賢等克隆獲得與棉花纖維伸長(zhǎng)密切相關(guān)的β微管蛋白基因，該基因在棉花纖維伸長(zhǎng)期高表達(dá)與棉纖維長(zhǎng)度發(fā)育密切相關(guān)。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)棉花纖維發(fā)育相關(guān)基因的精確定位表達(dá)，在棉纖維特異表達(dá)啟動(dòng)子方面的研究也取得了重要的進(jìn)展。郭三堆等分離獲得了一個(gè)在棉花生殖器官優(yōu)勢(shì)表達(dá)的啟動(dòng)子Arf1，該啟動(dòng)子為棉花腺苷酸核糖基化作用因子基因的啟動(dòng)子。與報(bào)告基因GUS融合后，利用花粉管通道法轉(zhuǎn)化棉花，報(bào)告基因在轉(zhuǎn)基因棉花的生殖器官高表達(dá)。張獻(xiàn)龍等克隆獲得了棉花纖維特高效表達(dá)的類(lèi)成束蛋白樣阿拉伯半乳聚糖蛋白基因(GhFLA1)啟動(dòng)子，該啟動(dòng)子能夠驅(qū)動(dòng)GUS報(bào)告基因在棉花纖維發(fā)育0—20d高表達(dá)。
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