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浅析生产中农杆菌介导的基因转化所起的作用和影响

2020-04-10 270 上传者：管理员

摘要：现阶段，转基因技术的突破和发展，让人类认识了分子生物学，这为人类了解生物界遗传信息及定向改造生物有提供了可能性。而转基因技术是使用自然界中现实存在的农杆菌侵染植物的现象，并加以改造而演化出来可以被科研实际使用的技术。自转基因技术在植物中实际应用以后，在农业生产中产生了巨大的效益，这样减少了农药的施用量，降低人力成本，还对作物本身营养物质不均衡的缺点进行了改善，从而为人类带来了巨大的经济效益。本文主要讲述转基因技术并不可怕，可怕的是人们不能用理性的视角来对待转基因的有关问题。

关键词：
农杆菌转化法
理性视角
转基因优点
转基因技术
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1、随着1983年第一例转基因烟草的问世，人类从此进入了转基因生物工程时代[1]。转基因作物是建立在人类对生物遗传信息的破译和现代生物技术手段的基础上，转基因技术可实现对物种的定向遗传改造[2]。目前将目的基因导入植物细胞的方法有基因枪法[3]、花粉管通道法和农杆菌介导转化法等[4-5]。其中农杆菌转化法是使用最多的方法，广泛应用于拟南芥、水稻、棉花、大豆、油菜等植物[6]。农杆菌，是普遍存在于土壤中的革兰氏阴性细菌，其生活在植物根表面依靠植物根组织渗透出的营养物质生存。农杆菌主要分为2种：根癌农杆菌和发根农杆菌。根癌农杆菌能在自然条件下感染140多种双子叶植物或裸子植物的损伤部位，并且可以诱导产生冠瘿瘤。引发冠瘿瘤的原因是，Ti质粒上的T-DNA上有8个左右的基因在植物细胞内表达，指导合成冠瘿碱，使感染的细胞形成冠瘿瘤[7]。而发根农杆菌则诱导产生发状根，形成高度分支的根系[8]。

2、在农杆菌转化法中，质粒载体系统中最常用的质粒有：Ti质粒和Ri质粒。Ti质粒存在于根癌农杆菌中，Ri质粒存在于发根农杆菌中。Ti质粒和Ri质粒均可以实现DNA转移和整合。Ti质粒有2个区域与DNA转移密切相关：TDNA（TransferredDNA）是质粒上能够转移整合进入植物受体基因组并能在植物细胞中表达的区域；Vir区（Virulenceregion）编码能够实现T-DNA转移的蛋白。T-DNA基因与T-DNA的转移和整合无关，这个过程是由Vir区基因完成[9]。Vir区域基因翻译的蛋白来完成T-DNA的转移。这些蛋白对TDNA进行加工和组装从而形成复合物。T-DNA两端各含有一个25bp的边界序列（Directrepeat），在整合过程中左右边界序列之间的T-DNA可以转移并整合到宿主细胞的基因组中。边界序列对T-DNA的转移是必需的。其中右边界是VirD2的共价结合序列，VirD1/VirD2可以内切右边界靶序列，VirD2与右边界的共价结合并且与邻近右边界的过度驱动（Overdrive）序列诱导了单链T-DNA由右边界剪切并且极性转移，而VirD2与左边界的结合可能导致载体骨架序列的转移。

3、在农杆菌侵染过程中，受伤的植物伤口处分泌酚类小分子化合物—乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，在ChvA/ChvB帮助下，农杆菌附着于植物表面伤口，并可以诱导农杆菌质粒中Vir区域基因的表达。VirA识别植物受伤后分泌酚类信号物质并自我磷酸化，并将磷酸化信号传递给VirG。VirG磷酸化后被激活，作为转录因子启动或上调各毒性基因的表达。Vir区基因表达产物能诱导Ti质粒复制出一条单链T-DNA分子。VirD2在D1的帮助下识别T-DNA25bp边界序列，利用核酸内切酶在第3、4碱基之间切割。随着T-DNA单链合成，单链T-DNA与VirD2和VirE2结合形成T-complex。过度驱动序列促进T-DNA向植物转移。T-complex通过农杆菌细胞壁上由11个VirB和VirD4蛋白组成的通道向植物细胞内转运。并进入植物体细胞核体并将T-DNA插入植物染色体中[10]。

4、人类对农杆菌这个基因转移特性的利用是将农杆菌Ti质粒中毒性基因去除，并将目的基因插入到T-DNA区域。通过将受体植物做物理损伤后农杆菌侵染植物受伤部位的方法，将T-DNA插入到植物细胞染色体组中。再通过植物细胞的全能性，通过诱导被侵染的植物细胞分裂、分化成一株完整的植株。农杆菌侵染的过程则是遵循农杆菌可以侵染受伤植物伤口的自然规律。而这一规律是自然存在的客观规律。农杆菌介导的基因转移是存在于自然界中的一种生物正常的生命活动，不是人为创造出来的事件。人们只是发现了自然界中存在这一种基因转移现象并加以利用。通过转基因技术可培育抗逆性强的作物新品种，从而减少了对农药、化肥和水的依赖。不仅降低了农业生产成本，而且减轻了农业种植对生态环境造成的压力。而且通过转基因技术还可以改造食品的营养品质，去除对人体有毒害作用的物质，改善食品中不同物质含量的比例，达到最优于人体健康的组合。还可以通过此项技术为在食品上有特殊需求的人创造出相应适合的食品。

5、全球第一例商业化转基因作物—抗农达转基因大豆于1996年在美国商业化以来，转基因产品在全球广泛种植，产生了巨大的经济效益[11]。这对大豆产业的发展和农民的增收起到了非常重要的作用。目前美国仍然保持全球最大的转基因作物种植面积，2017年美国转基因种植面积达7504万hm2，其中包括3405万hm2大豆、3384万hm2玉米、458万hm2棉花、122万hm2苜蓿、87.6万hm2油菜、45.8万hm2甜菜、3000hm2马铃薯，以及转基因苹果、南瓜和木瓜各1000hm2[12]。在实际生产中转Bt基因的玉米和棉花，可以减少杀虫剂用量[13]。转抗除草剂大豆可以减少农民的种植成本。反义多聚半乳糖醛酸酶基因可以延熟保鲜番茄[14]。而孟山都公司基因改造的大豆，可以使大豆油中的各种组分的比例更加适合人类的营养均衡[15]。

6、从世界角度来看转基因作物是世界农业发展的一个重要转折点，提高了作物规模化生产，减少了农药化肥的施用，从而缓解了粮食短缺，生态环境被破坏等问题[16]。因此应该正确理解转基因原理和技术，以理性的视角来看待转基因问题。对于监管机构、教育机构及其媒体对转基因技术的进一步科普依然任重道远。

参考文献：

[1]徐宫瑾.人类健康与转基因食品技术的发展[J].中国初级卫生保健,2016,30(5):95.

[2]陆璐.甜瓜ACC氧化酶cDNA克隆及其反义序列转化栽培品种[D].杨凌:西北农业大学,1999.

[3]吴萼,张瑞,张超,等.发根农杆菌Ri质粒介导的植物基因工程及应用[J].杭州师范大学学报:自然科学版,2018,17(5):520-525.

[4]徐春晖,夏光敏,贺晨霞.农杆菌转化系统研究进展[J].生命科学,2002,14(4):223-225.

[5]励建荣.转基因食品的优点和安全性[J].食品工业科技,2002(4):71-73.

[6]国际农业生物技术应用服务组织.2017年全球生物技术/转基因作物商业化发展态势[J].中国生物工程杂志,2018,38(6):1-8.

[7]屈聪玲,贺榆婷,王瑞良,等.植物转基因技术的过去､现在和未来[J].山西农业科学,2017,45(8):1376-1380.

[8]王友华,孙国庆,连正兴.国内外转基因生物研发新进展与未来展望[J].生物技术通报,2015,31(3):223-230.

[9]康均心,刘猛.转基因食品安全风险的法制监管[J].青海社会科学,2013(4):100-106.

黄颜众,郭娜,轩慧冬,等.农杆菌介导的基因转化及在生产中的作用[J].大豆科技,2019,(5):62-64.