中國轉(zhuǎn)基因在棉花領域研發(fā)應用的二十年
1.5纖維品質(zhì)改良轉(zhuǎn)基因棉花
棉纖維是棉花產(chǎn)量形成的主要部分，其品質(zhì)決定經(jīng)濟價值。在生產(chǎn)實踐中，高產(chǎn)棉花不優(yōu)質(zhì)、優(yōu)質(zhì)棉花不高產(chǎn)是限制棉花種植業(yè)發(fā)展的主要因素之一。隨著紡織工業(yè)的不斷發(fā)展，對棉花纖維品質(zhì)不斷提出新的要求，傳統(tǒng)的遺傳育種技術(shù)已經(jīng)不能解決生產(chǎn)實踐中關于棉花產(chǎn)量和品質(zhì)之間存在的矛盾。利用基因工程技術(shù)將棉花纖維發(fā)育相關基因?qū)朊藁�，提高棉花纖維產(chǎn)量和品質(zhì)，成為當前棉花增產(chǎn)和品質(zhì)改良的主要途徑。同時，隨著高通量基因克隆和表達分析技術(shù)的不斷發(fā)展，大量與棉花纖維產(chǎn)量和品質(zhì)相關基因和表達調(diào)控元件得到了驗證，并初步應用于棉花。
據(jù)報道，棉花纖維增產(chǎn)基因主要與棉花種子發(fā)育和IAA等激素代謝相關。李德謀等將GhASN-Like導入棉花，提高了轉(zhuǎn)基因植株的單株成鈴數(shù)和單鈴種子數(shù)，增加了籽棉和皮棉的產(chǎn)量。裴炎等利用棉花纖維細胞特異啟動子FBP7，驅(qū)動IAA合成基因iaaM在棉花中表達。使在棉纖維發(fā)育起始階段，胚珠表面的IAA含量迅速增高，增加了能夠發(fā)育成纖維的細胞數(shù)量。經(jīng)過連續(xù)4年測產(chǎn)，轉(zhuǎn)基因棉花纖維產(chǎn)量比對照提高了15%以上。
棉花纖維品質(zhì)與紡織工業(yè)的應用密切相關，主要涉及了棉纖維長度、細度、強度、色澤等指標。目前，利用基因工程技術(shù)將調(diào)控棉花纖維發(fā)育的相關基因?qū)朊藁▉硖岣呙藁ɡw維品質(zhì)，已經(jīng)取得了初步的進展。李文彬等利用棉花纖維特異啟動子驅(qū)動吲哚雙加氧酶(bec)基因在棉花中表達，使轉(zhuǎn)基因棉花纖維獲得了特殊的顏色。左開井等將GbAnn9導入棉花，轉(zhuǎn)基因棉花纖維長度比對照材料增加2—3.5mm，纖維強度增加0.3—3.3CN/tex。夏桂先等將棉花苯丙烷類化合物木質(zhì)素合成基因GhLIN2導入棉花，增加轉(zhuǎn)基因棉花纖維內(nèi)木質(zhì)素含量，使棉花纖維長度、細度和強度均得到顯著提高。李曉榮等利用35S啟動子驅(qū)動棉花尿甘二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因GhUGP1在棉花中表達，獲得的轉(zhuǎn)基因棉花材料纖維長度比對照增加18.5%，斷裂比強度增加31.85%。
此外，通過對棉花纖維細胞發(fā)育機理的簡析，分離獲得了多個與棉花纖維品質(zhì)相關的候選基因。劉進元等克隆獲得棉花纖維可逆糖基化蛋白酶基因，該基因可以通過控制棉纖維中多糖物質(zhì)的積累，進一步提高棉纖維的品質(zhì)。李學寶等克隆獲得棉花纖維特異表達的水孔蛋白家族基因GhPIP2；6，其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物主要在伸長期的棉花纖維中高表達，通過在酵母中表達研究發(fā)現(xiàn)可以使細胞長度增加1.3—1.47倍。朱玉賢等克隆獲得與棉花纖維伸長密切相關的β微管蛋白基因，該基因在棉花纖維伸長期高表達與棉纖維長度發(fā)育密切相關。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)棉花纖維發(fā)育相關基因的精確定位表達，在棉纖維特異表達啟動子方面的研究也取得了重要的進展。郭三堆等分離獲得了一個在棉花生殖器官優(yōu)勢表達的啟動子Arf1，該啟動子為棉花腺苷酸核糖基化作用因子基因的啟動子。與報告基因GUS融合后，利用花粉管通道法轉(zhuǎn)化棉花，報告基因在轉(zhuǎn)基因棉花的生殖器官高表達。張獻龍等克隆獲得了棉花纖維特高效表達的類成束蛋白樣阿拉伯半乳聚糖蛋白基因(GhFLA1)啟動子，該啟動子能夠驅(qū)動GUS報告基因在棉花纖維發(fā)育0—20d高表達。
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