转基因番茄的研究进展

转基因番茄的研究进展Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。

【目录页】研究背景1转基因番茄的研究现状及应用2转基因番茄安全性的考虑34展望2Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。

研究背景转基因植物（transgenicplant）是采用基因工程的手段将从不同生物中分离或人工合成的外源基因在体外进行酶切和连接，从而构成重组DNA分子，然后将其导入植物细胞基因组中，使新的基因在植物细胞内整合、表达，并能通过无性或有性增殖过程，将外源基因遗传给后代，由此获得基因改良植物，使之稳定遗传并赋予植物新的农艺性状，如抗虫、抗病、抗逆、高产、优质等。1983年，转基因植物（烟草和马铃薯)首次诞生。1986年，转基因抗虫和抗除草剂植物开始进入田间试验。1994年，首批转基因植物产品——延熟保鲜的番茄和抗除草剂棉花在美国获准进入市场营销。3Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。

番茄(Solanum

lycopersicum)是一种世界性蔬菜，在蔬菜生产中占有举足轻重的地位，也是基础生物学研究中的重要对象和模式植物，随着番茄深入研究，而且易于转化，转基因番茄研究与应用得到了迅速的发展。随着转基因技术的成熟与发展，越来越多的转基因番茄已被研制成功，并逐步走向产业化阶段。目前，在抗病虫害、抗除草剂、抗逆、延迟成熟、雄性不育等方面已经获得了转基因番茄植株，同时利用番茄作为植物反应器生产医药蛋白的基因工程研究也取得了很大的进展。4Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。

转基因番茄的研究进展及应用一、抗病转基因番茄二、延迟成熟转基因番茄三、植物生物反应器5

目前抗病的转基因番茄主要包括抗病毒、抗真菌及抗细菌病害等3个方面的研究内容。一、抗病转基因番茄

烟草花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)、苜蓿花叶病毒(AMV)和番茄黄花卷叶病毒(TYLCV)等是引起番茄病毒病的主要病原。在番茄转基因抗病毒育种中，主要利用病毒的外壳蛋白(Coatprotein,CP)基因、复制相关蛋白(Replication-associatedprotein，REP)基因、卫星RNA基因和病毒片段的反义RNA基因等。外壳蛋白(CP)在转基因植物中的积累可以干扰病毒脱衣壳，抑制病毒在植物体中的复制、转运和积累从而使转基因植株获得了病毒抗性。1、抗病转基因番茄Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。

文字说明文字说明

1986年，Powen等首次将烟草花叶病毒外壳蛋白基因(TMV-CP)转入番茄，这是第一例转基因番茄。1998年，北京大学生命科学院首次在国内成功获得转基因抗黄瓜花叶病毒(CMV)番茄“8805R”，实验通过将CP基因导入番茄细胞后获得转基因植株,并在分子水平上证实外源基因已整合到染色体上,并得到高效表达。经过人工接种鉴定,结果表明对CMV具有较好的抗性，并通过批准进行商业化生产。8Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。

2、抗真菌、抗细菌病转基因番茄

番茄的抗真菌病害基因工程中，目前研究较多的是几丁质酶基因、葡聚糖酶基因、番茄自身的抗病基因、植保素基因等。几丁质酶和葡聚糖酶可以降解病原菌的细胞壁，从而破坏病原菌，降低真菌的侵染性。高等植物本身不含几丁质，但受到真菌、细菌和病毒的感染时，几丁质酶活性迅速提高，因此，几丁质酶被认为与植物对病原菌的抗性有关。番茄抗真菌、细菌病转基因主要是利用植物几丁质酶基因转化番茄，采用基因转化方法培育出的番茄对晚免疫和枯萎病有良好的防治效果。9

番茄的细菌病害主要有细菌性斑点病、青枯病及溃疡病等。早在1999年Tai等人利用转基因技术将来源于辣椒的Bs2基因(细菌性斑点病抗性基因)转入番茄中，获得的转基因植物对由黄单孢菌(Xanthormonas

campestris)引起的细菌性斑点病的抗病性明显提高。

2009年Chen等将水稻的丁质酶基因和苜蓿的防御素基因同时转化到番茄中，经接种灰霉病病原菌灰葡萄胞菌（Botrytiscinerea）鉴定，同时含这两种基因的转基因植株表现出对灰霉病的高抗性。植物的植保素和抗菌蛋白在植物受到病原菌侵染时可以调动自身的防御反应，加强抗病性。

Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。

2000年陆瑞菊等人通过根癌农杆菌介导将水稻几丁质酶基因导入番茄中，得到转基因植株，导入的基因即nptⅡ、bar和几丁质酶基因在子一代以3:1的比例分离，源基因的整合性较理想，遗传稳定性好。2002年任青梅等采用农杆菌介导将细菌几丁质酶基因转化番茄子叶，获得了抗卡那霉素的转化植株，PCR检测细菌几丁质酶基因已整合到番茄的基因组。11Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。

果实耐贮性是番茄果实主要性状之一．目前主要通过两种途径来延长番茄的贮存期：一是通过提高多聚半乳糖醛酸酶（PG）的活性来抑制细胞壁果胶的降解，使果实抗软化；另一种是通过抑制乙的合成，提高果实耐受“成熟过度”的能力．通过转基因技术获得的耐贮番茄是最早实现商品化生产的转基因蔬菜作物。二、延迟成熟转基因番茄12

2003年熊爱生等通过将ACC氧化酶和ACC合成酶反义RNA融合基因导入番茄，转基因番茄DR．1和DR．2株系果实贮藏期较对照合作903延长30--40天以上，常规条件下果实可贮藏50天以上，表现明显耐贮特点。

2004年魏绍冲等对番茄的6个乙烯受体基因进行序列分析时发现，Nr（neverripe）突变体是由NR(LeETR3)蛋白36位上单个碱基突变，使脯氨酸（Pro）变成亮氨酸（Leu），突变体除果实不能正常成熟外，还显示出乙烯不敏感突变株的多效突变效应，具体表现为：不表现乙烯的三重反应，叶柄不易脱落，叶和花瓣衰老进程明显推迟。Copyright©2012AndyGuo.Allrightsreserved。

三、植物生物反应器

213

植物生物反应器，就是利用植物这个系统，包括植物细胞、组织器官，以及整株植物为工厂来生产具有商业价值的生物制品包括疫苗、抗体、药用蛋白等。相较于其他生物反应器系统，植物可以以农业规模生产重组蛋白，而且可以排除产品被内毒素或以人病原体污染的危险；另一个优点是生产疫苗类重组蛋白时，可以不加工或部分加工后被采用。植物生物反应器为重组蛋自的生产提供了广阔的前景。三、植物生物反应器14

人类酸性成纤维细胞生长因子(aFGF，FGF一1)是成纤维细胞生长因子超家族成员。来自于三个胚层的多种细胞都可以表达aFGF。aFGF在治疗帕金森综合症、急性脊柱扭曲性损伤、断指中神经功能重建、脑缺血、肾缺血、心肌梗塞、闭塞性脉管炎、视网膜缺血、胃溃疡及难愈合性伤口等多种临床应用方面具有巨大潜力。2003年王仁厚利用转基因番茄表达人酸性成纤维细胞生长因子(aFGF)，通过构建的双元表达载体带有一个经过改构的人酸性成纤维细胞生长因子基因(afgf),载体上的选择标记基因为manA,它使得转化过程中可以使用PMI这种不含抗生素及除草剂的选择系统。利用农杆菌介导的转化方法获得了afgf转基因番茄植物,并且通过PCR-Southern、RT-PCR证明了afgf在宿主基因组中的整合及表达。

葡激酶(Staphylokinase，SAK)是由金黄色葡萄球菌分泌的一种纤溶酶原激活剂，首次发现于1948年，它可以激活人体中的血纤维蛋白溶酶原形成血纤维蛋白溶酶，从而溶解血栓。同其他溶栓药物相比，葡激酶具有溶栓效果好，纤维蛋白选择性强，无显著促凝血作用等优点。

2011杜景川等人利用农杆菌介导的方法，将葡激酶(Staphylokinase，SAK)基因导入番茄中。经PCR、Southern杂交和Northern杂交检测，葡激酶基因已整合到再生番茄植株基因组中，共获得8个转基因株系。经ELISA检测，转基因番茄的果实和叶片均能表达SAK蛋白，SAK蛋白在果实和叶片可溶性蛋白中的比例最高分别为3.42%和2.47%。转基因番茄中的SAK蛋白具有一定的溶栓活性，溶栓比活力为3866AU·mg－1。

2003年陈溪利用转基因番茄作为生物反应器生产人胰岛素，通过以口服方式摄入胰岛素来研究在抑制自身免疫攻击以及预防I型糖尿病中所起到的作用，己经取得了很大的进展。2006年,Chen等人将肠道病毒EV71的外壳蛋白VP1基因导入番茄,外壳蛋白VP1在转基因番茄中获得了表达.用转基因番茄喂食小白鼠,小白鼠可以抗肿瘤细胞的感染。

2007年,刘凤娟等人将卡介苗保护型抗原基因fbpA导入番茄,该基因在转基因番茄中获得了表达,为研究新型抗结核植物疫苗创造了条件。2008年王逸群利用农杆菌介导法将乙肝病毒表面抗原基因转入番茄,获得了转基因植株.经GUS组织化学染色、PCR扩增以及PCR-Southern检测,证明乙肝病毒表面抗原基因已转入番茄基因组中。

转基因安全问题仍然是人们要考虑的重要问题，目前人们对其安全性的疑虑主要集中在以下几个方面：1)由于转基因植株具有的抗虫抗病等超级功能。这些基因能否转入到野生种中，使野生种变成超级杂草，导致难于防治；2)标记基因及抗生素抗性基因能否和有害病原菌重组，导致超级病原菌的产生；3)目的基因的安全性问题。

转基因番茄安全性的考虑

对于转基因番茄，生态性问题并不是很大的问题，因为番茄属于严格的自花授粉作物，很难传播，而且番茄即使和其近缘种也很难杂交，而且番茄起源于南美，在我国的近缘野生种几乎没有。加之，由于番茄易于转化，采用无标记基因的转基因技术较为成熟，标记基因去除也容易达到；关键是目的基因要进行严格筛选，避免使用人体过敏或对人体有害的基因，这是番茄转基因之前要考虑的重要因素。尽管如此，转基因番茄的产业化进度还应该谨慎推广、严格审批，充分考虑产业化中可能存在的安全性问题。

番茄的基因转化研究已由单一性状转化向多性状转化，并且向生产医