抗穗发芽转基因小麦的创育

由国家小麦工程技术研究中心尹钧博士承担的河南省杰出人才创新基金项目“抗穗发芽转基因小麦的创育”，运用现代基因工程技术，研制出了抑制成熟小麦在连续阴雨天发芽的转基因技术，解决了影响小麦产量和品质的瓶颈技术难题，培育出了抗穗发芽的转基因小麦新品系。目前，该项目已完成了在河南省的中试，参加了国家安全性评价，并被列入国家农业科技成果转化项目。该项目推广后将产生较大的减灾效益和社会效益。

　　转基因小麦新技术在河南农业大学进入中试阶一项旨在抑制成熟小麦在连续阴雨天发芽的小麦转基因技术，2004年6月上旬在河南农业大学进行了中试，利用该项技术培育的转基因抗穗发芽小麦新品系也同时在河南省进行中试。专家认为，小麦抗穗发芽技术的研制成功及其推广应用，将对我国小麦的安全生产发挥积极作用。

　　据介绍，小麦收获前遇雨发生穗发芽的现象是世界主要小麦生产国在小麦生产中存在的重要问题。由于穗发芽影响，世界小麦的产量年损失近１亿吨。我国黄淮麦区因成熟期遇雨也多次发生大面积小麦穗发芽，进而造成断种和面粉不能食用的灾情；在北方麦区，虽然没有梅雨季节，但个别年份也曾出现过麦收期连续阴雨导致小麦穗发芽的情况。由于穗发芽会导致小麦种子内部一系列的生理生化变化，蛋白质、淀粉等贮藏物质分解，从而造成籽粒产量，特别是面粉的营养品质和加工品质下降，小麦失去种用价值，将给小麦生产造成严重的经济损失。因此，小麦穗发芽是长期以来国内外小麦育种专家和生理学家广泛关注的问题。目前生产上所使用的大多数小麦栽培品种，均存在一定的穗发芽。　　

　　河南农业大学国家小麦工程技术研究中心副主任尹钧介绍，国内外有关硫氧还蛋白 Trx 生物学功能和反义基因作用机理的研究为创育抗穗发芽小麦资源提供了一条新途径。Trx 是一种能催化二硫键氧化还原反应的功能蛋白，它能改变种子中淀粉酶和蛋白质酶等重要酶的活性，增加贮藏蛋白的水溶性和促进营养物质水解的作用，对作物种子萌发过程中营养物质的供应有重要的调节作用。源于蓝色黑鸭草的 trxs 基因与Trx基因同属于硫氧还蛋白基因家族，其蛋白质表达产物有相似的生物活性。将反义 trxs 基因导入小麦有望降低种子中 Trx 的活性，抑制淀粉酶和蛋白质酶的活性，减慢种子发芽时的淀粉、蛋白质的水解和碳氮代谢，最终导致转基因小麦子粒发芽能力减弱。

　　该课题组从1997年开始进行反义 trxs 基因导入小麦的研究，在国家“863”项目、国家转基因植物与产业化研究专项和河南省杰出人才创新基金等项目的资助下，研究采用基因枪转化技术，对黄淮麦区十多个推广品种、数万个幼胚进行了遗传转化，通过幼胚愈伤组织的诱导、筛选与植株再生培养，获得了转基因再生植株，经对转基因小麦后代株系的追踪分子检测和纯合系筛选，目前已得到了目的基因在小麦基因组中遗传稳定的转基因第四代小麦。通过对目的基因的分子检测，确定了目的基因在小麦基因组中的遗传稳定情况；通过对转基因小麦籽粒和胚乳的生化生理特性测定，证明了目的基因在转基因小麦部分株系中能够正常表达；通过对转基因稳定遗传和表达的株系进行模拟降雨抗穗发芽试验，证实部分转基因株系与对照组相比，具有很强的抗穗发芽能力。

　　据尹钧介绍，他们根据转基因在基因组中的整合情况、分子检测结果和转基因小麦子粒生理生化变化，与转基因株系在抗穗发芽试验中的表现，已经获得了4个具有抗穗发芽能力的转基因纯合株系，并且研究结果显示外源反义 trxs 基因已经整合到小麦基因组中，并能稳定遗传，外源反义 trxs 基因的导入与表达，直接干扰了小麦自身Trx基因的表达，导致转基因小麦子粒中硫氧还蛋白水平下降。

　　通过抑制小麦自身硫氧还蛋白的活性，抑制了高等电点淀粉酶同工酶活性，降低了储藏蛋白质自由巯基的水平与可溶性，影响了子粒储藏物质的水解动员与正常的碳氮代谢。因此，子粒发芽所需营养不能得到有效供应是转基因小麦具备抗发芽能力的主要原因。