抗穗發芽轉基因小麥的創育

由國家小麥工程技術研究中心尹鈞博士承擔的河南省杰出人才創新基金項目“抗穗發芽轉基因小麥的創育”，運用現代基因工程技術，研制出了抑制成熟小麥在連續陰雨天發芽的轉基因技術，解決了影響小麥產量和品質的瓶頸技術難題，培育出了抗穗發芽的轉基因小麥新品系。目前，該項目已完成了在河南省的中試，參加了國家安全性評價，并被列入國家農業科技成果轉化項目。該項目推廣后將產生較大的減災效益和社會效益。

　　轉基因小麥新技術在河南農業大學進入中試階一項旨在抑制成熟小麥在連續陰雨天發芽的小麥轉基因技術，2004年6月上旬在河南農業大學進行了中試，利用該項技術培育的轉基因抗穗發芽小麥新品系也同時在河南省進行中試。專家認為，小麥抗穗發芽技術的研制成功及其推廣應用，將對我國小麥的安全生產發揮積極作用。

　　據介紹，小麥收獲前遇雨發生穗發芽的現象是世界主要小麥生產國在小麥生產中存在的重要問題。由于穗發芽影響，世界小麥的產量年損失近１億噸。我國黃淮麥區因成熟期遇雨也多次發生大面積小麥穗發芽，進而造成斷種和面粉不能食用的災情；在北方麥區，雖然沒有梅雨季節，但個別年份也曾出現過麥收期連續陰雨導致小麥穗發芽的情況。由于穗發芽會導致小麥種子內部一系列的生理生化變化，蛋白質、淀粉等貯藏物質分解，從而造成籽粒產量，特別是面粉的營養品質和加工品質下降，小麥失去種用價值，將給小麥生產造成嚴重的經濟損失。因此，小麥穗發芽是長期以來國內外小麥育種專家和生理學家廣泛關注的問題。目前生產上所使用的大多數小麥栽培品種，均存在一定的穗發芽。　　

　　河南農業大學國家小麥工程技術研究中心副主任尹鈞介紹，國內外有關硫氧還蛋白 Trx 生物學功能和反義基因作用機理的研究為創育抗穗發芽小麥資源提供了一條新途徑。Trx 是一種能催化二硫鍵氧化還原反應的功能蛋白，它能改變種子中淀粉酶和蛋白質酶等重要酶的活性，增加貯藏蛋白的水溶性和促進營養物質水解的作用，對作物種子萌發過程中營養物質的供應有重要的調節作用。源于藍色黑鴨草的 trxs 基因與Trx基因同屬于硫氧還蛋白基因家族，其蛋白質表達產物有相似的生物活性。將反義 trxs 基因導入小麥有望降低種子中 Trx 的活性，抑制淀粉酶和蛋白質酶的活性，減慢種子發芽時的淀粉、蛋白質的水解和碳氮代謝，最終導致轉基因小麥子粒發芽能力減弱。

　　該課題組從1997年開始進行反義 trxs 基因導入小麥的研究，在國家“863”項目、國家轉基因植物與產業化研究專項和河南省杰出人才創新基金等項目的資助下，研究采用基因槍轉化技術，對黃淮麥區十多個推廣品種、數萬個幼胚進行了遺傳轉化，通過幼胚愈傷組織的誘導、篩選與植株再生培養，獲得了轉基因再生植株，經對轉基因小麥后代株系的追蹤分子檢測和純合系篩選，目前已得到了目的基因在小麥基因組中遺傳穩定的轉基因第四代小麥。通過對目的基因的分子檢測，確定了目的基因在小麥基因組中的遺傳穩定情況；通過對轉基因小麥籽粒和胚乳的生化生理特性測定，證明了目的基因在轉基因小麥部分株系中能夠正常表達；通過對轉基因穩定遺傳和表達的株系進行模擬降雨抗穗發芽試驗，證實部分轉基因株系與對照組相比，具有很強的抗穗發芽能力。

　　據尹鈞介紹，他們根據轉基因在基因組中的整合情況、分子檢測結果和轉基因小麥子粒生理生化變化，與轉基因株系在抗穗發芽試驗中的表現，已經獲得了4個具有抗穗發芽能力的轉基因純合株系，并且研究結果顯示外源反義 trxs 基因已經整合到小麥基因組中，并能穩定遺傳，外源反義 trxs 基因的導入與表達，直接干擾了小麥自身Trx基因的表達，導致轉基因小麥子粒中硫氧還蛋白水平下降。

　　通過抑制小麥自身硫氧還蛋白的活性，抑制了高等電點淀粉酶同工酶活性，降低了儲藏蛋白質自由巰基的水平與可溶性，影響了子粒儲藏物質的水解動員與正常的碳氮代謝。因此，子粒發芽所需營養不能得到有效供應是轉基因小麥具備抗發芽能力的主要原因。