大豆性状改良中转基因技术的运用(3)

　　2. 4 抗逆性改良的转基因大豆

　　在转基因大豆抗逆性的研究中，目前研究较多的主要在耐旱、耐盐、耐热和耐氧化等方面。各种基因的分离和转化的成功更有利于转基因大豆抗逆性的提高。de Ronde 等[65]在干旱胁迫条件下，利用生理技术评估转正、反义方向的 L-Δ1 --吡咯啉-5-羧酸盐还原酶（ P5CR） 基因的大豆与非转基因大豆。结果表明，与非转基因和反义基因的大豆相比，正义大豆植株表现出对干旱胁迫更强的耐性和更高的相对含水量（ RWC） 、游离脯氨酸含量和P5CR 含量，但脯氨酸脱氢酶（ PDH） 活性下降。说明，正义转基因植株有更强的耐旱性。Liu 等[66]把从小盐芥分离出的一种多磷酸肌醇激酶 ThIPK2,通过根癌农杆菌介导转化到大豆中，与未转化的大豆植株相比，转化植株更具有耐缺水性、耐盐性和耐氧化性。然而，ThIPK2 的表达改变了大豆籽粒中脂肪酸比例的组成，导致油酸含量的增加（ C18∶1） .同时，转基因的植株籽粒变大，有利于提高大豆籽粒品质和大豆产量。虽然近年来挖掘出很多耐盐基因，如水稻的 DST[67],小麦的 HKT1[68],拟南芥上的 NHX[69]和 SOS1[70],野生大豆的 GmCHX1[71]等，但有关大豆耐盐性的机理研究还不透彻。Cao等[72]利用发根农杆菌介导的转化体系，把 TaNHX2基因导入大豆根系，获得大豆“复合体”植株，耐盐实验表明，过表达 TaNHX2 基因的大豆复合体显现出更高的耐盐性，其根系也较非转基因植株在耐盐实验中受到的抑制更少。利用根癌农杆菌介导法，在 150 mmol·L- 1NaCl 溶液中，与野生型相比，获得的过量表达的 TaNHX2 转基因大豆有更高的耐盐性。刘志华等[73]研究了抗盐胁迫的转 BADH 基因大豆对盐碱土壤氮素转化的影响，结果表明转BADH 基因大豆通过调节苗期、花期根际土壤氮素转化功能菌数量和生化过程强度进而影响氮素转化。陈晓军等[74]利用农杆菌介导的方法转化 Gm-HsfAl 基因，发现 GmHsfAl 的过量表达激活或促进其下游 3 个热激蛋白基因的转录或表达，显着提高了转基因大豆植株的耐热能力。

　　2. 5 品质性状改良的转基因大豆大豆籽粒蛋白质含量约为 40%,油分含量约为20% ,是人类植物蛋白和脂肪的主要来源[75],提高其蛋白和脂肪含量具有重要的意义。随着分子生物学的快速发展，大豆通过基因修饰和遗传转化的改良更能满足人们的需求。一般说来，大豆种子中油脂含量与蛋白质含量呈负相关[76],可利用转基因的方法通过调控油脂或蛋白合成的特异基因来调控其中一种代谢途径，打破其关联性。Lardizabal等[77]把土壤拉曼毛霉（ Umbelopsis ramanniana） 的二酰基甘油酰基转移酶 2A（ Diacylglycerol acyltrans-ferase 2A,DGAT2A） 基因导入大豆，获得的成熟种子中其油脂净重含量提高了 1. 5%.这是利用转基因方法提高大豆种子油脂含量而对蛋白质含量没有显着影响的首次报道，在提高大豆油脂含量育种方面有重要意义。最近又报道了许多通过转基因技术促进了大豆油脂含量的积累[78-80].然而，大豆品质性状的改良不仅包括提高油脂、蛋白质[81]的含量，也包括提高像油酸、γ-亚麻酸等具有保健功能的脂肪酸和一些含硫氨基酸的含量以及降低植酸等营养抑制因子的含量等。Kim 等[82]将在水稻中表达的尿黑酸香叶基香叶基转移酶（ homogentisate ger-anylgeranyl transferase,HGGT） 转化到大豆中表达，表达 HGGT 基因的转基因大豆有显着高的抗氧化活性水平，并且提高了维生素 E 水平，这些维生素 E包括大豆中没有的生育三烯酚类（ 除了 β-形式的）的各种形式的天然维生素 E.Kinney 等[83]利用基因枪技术，得到了油酸含量 88% 的转基因大豆。Li等[84]利用基因枪技术获得转 γ-玉米醇溶蛋白基因的大豆，氨基酸分析转基因植株 T1 和 T2 代种子表明，甲硫氨酸含量比对照提高 15. 49% 到 18. 75%,半胱 氨 酸 含 量 提 高 26. 97% 到 19. 33%.Zhang等[85]在转基因大豆中表达一个从头合成蛋白（ MB-16） 来提高大豆蛋白质品质，结果表明甲硫氨酸和半胱氨酸的含量从 16. 2%显着提高到 65. 9%,增加了大豆的营养品质。γ-亚麻酸和十八碳四烯酸具有保健作用，而△6-脂肪酸脱氢酶是 γ-亚麻酸和十八碳四烯酸生物合成的关键酶。Sato 等[86]将琉璃苣（ Borago officinalis） 的 Δ6-脂肪酸脱氢酶基因整合到大豆染色体中，获得的无筛选标记的 T1 代转基因大豆 γ-亚麻酸含量从 3. 4% 提高到 28. 7%,十八碳四烯酸含量从 0. 6% 提高到 4. 2%.随后，Eckert等[87]将两种分别带有外源基因（ 琉璃苣的△6-脂肪酸脱氢酶基因和拟南芥的△15-脂肪酸脱氢酶基因）的转基因大豆杂交，将琉璃苣的△6-脂肪酸脱氢酶基因和拟南芥的△15-脂肪酸脱氢酶基因整合到一个株系中，检测转化后代植株中十八碳四烯酸含量超过 29%,ω-3 脂肪酸在总脂肪酸中的比例达到60% 以上。植酸作为一种很强的螯合剂，在消化道中结合二价和三价金属离子，形成不能被消化的不溶性螯合物，是大豆营养的抑制因子。Chiera 等[88]通过在大豆中过表达大豆植酸酶基因（ GmPhy） 降低了转基因大豆种子中的植酸含量。雷勃钧等[89]采用花粉通道法直接将外源高蛋白野生大豆总DNA 导入栽培大豆中，获得了蛋白质含量提高12. 5% 的变异后代。Wang 等[90]把从芝麻中分离出的全链 cDNA 编 码 的 二 酰 基 甘 油 酰 基 转 移 酶（ DGAT1） 基因转入大豆中，DGAT1 基因在转基因植株中过量表达，结果表明，与对照相比 T2 和 T3 代转基因株系的含油量分别增加了 1. 75%和 1. 39%.

　　3 展 望

　　大豆是植物遗传转化难度最高的作物之一，与水稻、烟草等作物相比，大豆的遗传转化效率一直很低，但是，随着组织培养技术和转基因技术等的发展，对大豆的转基因研究进入了快速发展的时期。在遗传转化方法中，较常用并且研究较深的是农杆菌介导的子叶节转化方法，但此方法易产生嵌合体，后期筛选工作量大，仍需要进一步优化大豆组织培养条件和遗传转化体系。随着遗传转化技术的不断优化、大豆基因功能组的深入研究和新的转化理念的发展，在分子水平上对大豆进行性状改良将变得越来越简便轻松。通过转基因技术已经获得抗除草剂、抗虫、抗病、耐逆性好、高产、高蛋白的转基因大豆品种，但是大部分报道仅局限于单个性状的改良，并且遗传稳定性差。新一代转基因大豆育种的重点应集中在多元载体共转化和多性状综合改良，克服外源基因的导入能否在植物体中稳定表达和遗传，以及标记基因剔除的难点。随着分子生物学的快速发展，科学家们正致力于开发研究大豆更潜在的使用价值和商业价值。比如，生产出表达碱性成纤维细胞生长因子（ bFGF） 的转基因大豆种子[91],或是把大豆作为药物生物反应器，大豆种子内部环境可贮存疫苗抗原多年，而且不会减少和消失，这种天然的特性可以降低对低温运输系统的需求，从而减少运输成本[92-95].把大豆作为医疗平台这一理念代表着未来医疗保健领域的重大革新，高水平的转基因技术手段、优秀的制药领域合作伙伴以及未来更大的商业价值将挖掘大豆更大的利用潜力。