袁隆平基因工程稻将覆盖中国人主粮

2019-05-17 11:52:41 来源:新时代发展百人论坛
袁隆平基因工程稻将覆盖中国人主粮
 
——西方通过其代理人已完成中国主粮水稻小麦的转基因化改造
  遗传工程雄性不育系用于制种
 
  “第三代杂交是以遗传工程雄性不育系为遗传工具的杂交水稻育种法,既兼顾了三系法育性稳定和两系法配组自由等优点,又克服了前面两者的缺点,制种和繁殖简便易行。”
 
  ——开发者语
 
  第三代杂交“遗传工程雄性不育系”将全面取代三系杂交和两系杂交。袁隆平团队,运用基因工程技术实现了对水稻雄性和雌性的育性控制,从而一举解决了杂交配组自由,和大规模机械化制种的问题。继华南双季稻、海水稻、巨型稻之后,形形色色的基因工程水稻将粉墨登场。利用基因工程手段,他们可以把各类不同性状的基因导入其中,再通过杂交的方法聚合在一起,就是他们所说分子模块设计育种。袁隆平第三代杂交“遗传工程雄性不育系”开发过程用到了CaMV35S启动子和抗生素抗性标记基因“NPTII”-卡那霉素抗性基因,导入了来自于珊瑚的红色荧光蛋白基因,同时导入了育性恢复基因和花粉败育基因。
  关于袁隆平的第三代杂交“遗传工程雄性不育系”请看下面资料:
 
  比利时的植物遗传系统(PlantGeneticSystem)公司在1993年提出了用分子生物学技术解决的方案,即通过转基因向雄性不育植株导入三个基因元件,即育性恢复基因、花粉败育基因和荧光标记基因,获得*保持系。这种保持系通过自交,其后代既有不育系植株,也有保持系植株,其中不育系用于进一步杂交制种。2006年,美国的杜邦先锋公司在玉米率先建立了这一杂交育种体系。
 
  袁隆平第三代杂交所采用的遗传工程雄性不育系,邓兴旺、唐晓艳研发团队首次在水稻实现了基于三基因元件的雄性不育系分子设计育种体系,论文已在《美国国家科学院院报》(PNAS)上线(网页链接)
  邓兴旺、唐晓艳研发团队克隆鉴定发生突变的基因OsNP1,该基因在花药的绒毡层和花粉粒特异表达,调节绒毡层退化和花药外壁及花粉细胞壁的形成。基于以上发现,他们将OsNP1与来自于玉米的a-淀粉酶基因,一种来自于珊瑚的红色荧光蛋白(DsRed)基因串联,导入先前获得的雄性不育突变株,获得转基因株。其中OsNP1可恢复雄性可育性,淀粉酶基因阻断淀粉贮藏使花粉失去活性,红色荧光蛋白(DsRed)则作为标记帮助种子分选。转基因杂合株经过自交,按1:1比例产生无色的雄性不育种子和有色的雄性可育种子,可根据红色荧光进行分选。两者再杂交,可育植株与雄性不育植株的异花授粉,可繁殖出纯度高的雄性不育种子。有色的可育种子还可用来繁殖,其自交后代的稻穗,又有一半结有色、一半结无色的种子,利用色选机能将二者彻底分开。
 
  第三代杂交的特点就是用基因工程的方法做到一系两用。即:同一株稻穗上结出的稻粒有无色雄性不育的种子,也有有色可育的种子,用色选机能分拣出来。无色雄性不育的种子再与有色可育的种子杂交(可育株的花粉给雄性不育株的雌蕊授粉)可以得到纯度较高的雄性不育系。而可育株自花授粉结的稻穗又是两种谷粒,有色和无色。第三代杂交遗传工程雄性不育系的母本在米质和产量上是开发最早的野败所无法比拟的。所以袁隆平最新的超级杂交稻米质媲美日本越光米。
 
  花粉败育基因是第三代杂交-遗传工程雄性不育系的三基因元件之一,其主要作用是:让雄性花粉不育,来培育雄性不育系。能导致花粉败育的基因有几十种,真正被开发出来的就几种,其中就有来自于玉米的a-淀粉酶基因、Barnase这两种,论文中都有提到。另外还有育性恢复基因,红色荧光蛋白基因。育性恢复基因可以产生可育种子,花粉败育基因产生雄性不育种子。红色荧光蛋白基因,用于标记。红色荧光蛋白基因与育性恢复基因捆绑,能生成红色可育种子。红色可育种子里包含有:未表达的花粉败育基因,已表达的育性恢复基因、红色荧光蛋白基因三基因元件。可育种子自交结实就能生成包含两种表达的种子(可育,不育)。无色的雄性不育种子和有色的可育种子杂交,即:可育植株的花粉,给雄性不育植株的雌蕊授粉,能够强化雄性不育基因的表达,得到纯度较高的雄性不育系种子。
 
  红色荧光蛋白基因、花粉败育基因和育性恢复基因三基因元件的导入过程用到了CaMV35S启动子和抗生素抗性标记基因“NPTII”-卡那霉素抗性基因,这就是典型的转基因操作。
 
  基因工程雌性不育恢复系运用于大规模机械化制种。
 
  袁隆平湖南杂交水稻研究中心开发的雌性不育水稻恢复系则是雌性花蕊不育,而雄性花粉发育完好,这样的植株不存在自花授粉(自交结实)的问题,只提供给雄性不育系授粉用的花粉,两种水稻就能实现混播,可以实现大规模机械化制种。
 
  湖南杂交水稻研究中心研究员曹孟良团队,率先提出了将第三代杂交水稻育种技术“联动”工程雌性不育恢复系,解决机械化制种难题的策略。经6年攻关,团队将水稻雌性可育基因、花粉失活基因、荧光筛选标记基因等3基因表达盒导入雌性不育水稻,杂合转基因水稻进行自交结实。自交结实完成后,通过光电分选,可获得纯合雌性不育水稻,以其为恢复系,用于杂交稻机械化制种。而“落选”的、携带转基因的杂合种子,可继续用于雌性不育水稻繁殖。由此,有效解决了雌性不育水稻繁殖技术难题,并可实现杂交稻种子生产混播混收。(往事919微博)
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