【智惠农民】植物转基因技术的主要方法与操作

转基因技术可以应用于植物、动物和微生物的遗传性状改良。目前植物转基因技术主要有农杆菌介导法、基因枪法和花粉管通道法等。植物选择标记基因也从常规抗生素和抗除草剂基因向更为简便、快捷和安全的花青素和红色荧光蛋白等可视化标记基因发展。

农杆菌介导法：农杆菌是一种在土壤中普遍存在的革兰氏阴性细菌，在自然条件下能感染大多数植物的伤口，并将其T-DNA片段整合到植物基因组中。人类利用农杆菌的天然特性，将目的基因融合到质粒载体T-DNA区并转移到植物中，即农杆菌介导的植物转基因方法。1983年，美国孟山都公司利用农杆菌介导法把细菌的新霉素磷酸转移酶基因(neomycin phosphotransferase，NPT)转入烟草中，获得世界第一例含有抗生素抗性基因的转基因烟草，开启人类对植物转基因技术利用的新时代。

基因枪法：1987年，美国康奈尔大学Sanford实验室开创了利用高速微粒将外源基因转入植物细胞的基因枪法，并成功地应用于玉米的遗传转化。基因枪法是仅次于农杆菌介导法的第二大植物转基因方法，应用面广、方法简单、转化时间短且转化频率高，尤其适用于农杆菌不能感染的植物。

花粉管通道法：由我国学者周光宇在20世纪80年代提出。这种方法是在授粉后向子房注射含目的基因的DNA溶液，利用植物在开花和受精过程中形成的花粉管通道，将目的基因导入受精卵细胞中，然后整合至受精卵的基因组中，发育成为转基因新个体。花粉管通道法在中国得到有效应用，培育出推广面积最大的转基因抗虫棉，丰饶广阔棉田、惠益无数棉农。

植物转基因技术并不复杂，其操作主要有4个步骤：

第一步，茫茫人海找到你—获得目的基因。可以从特定生物体基因组DNA中获取或人工合成。

第二步，重组变身—将目的基因与运输载体形成重组DNA分子，这些运输载体能够自我复制并具有多个选择性标记。

第三步，乾坤大挪移—将目的基因转入目标生物体细胞中，获得转基因生物个体。目前主要采用农杆菌介导法和基因枪法将目的基因转移到目标生物体的基因组中。然后通过组织培养转入外源基因的细胞，经过诱导分化培养和抗性筛选获得转基因植株。

第四步，新品种养成记—将转基因植植株进行加代繁育，获得新性状能够稳定遗传的个体，从而培育出具有优异性状的农作物新品种。

出品单位

中国科协科普部

农业农村部人力资源开发中心

中国农学会

光明网

学术支持

中国农业科学院生物技术研究所

中国农业生物技术学会

保定学院

科普作者

张海文

配图制作

孙欣悦