2006,35(4):66-70.Subtropical Plant Science基因工程技术在植物品质改良中的应用(综述)王逸群（福建师范大学生命科学学院，发育与神经生物学福建省高校重点实验室，福建福州 350108）摘 要：从淀粉品质改良、蛋白质品质改良、增强果蔬食品保鲜性能、提高植物营养保健成分和植物疫苗生产等5个方面，总结基因工程技术所取得的成就。
关键词：基因工程；植物；品质改良中图分类号：Q943.2 文献标识码：A 文章编号：1009-7791(2006)04-0066-05Application of Genetic Engineering Technology in Plant Quality ImprovementW ANG Yi-qun(The Key Lab of Developmental and Neural Biology in Fujian Provincial Universities, College of Life Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350108, Fujian China)Abstract:The great progress has been made in plant quality improvement by the technology of genetic engineering for many years, such as improvement of starch quality, protein and fresh-keeping fruit and vegetable, an increase in nutritious and health-protected ingredients in transgenic plants and plant vaccine production by genetic engineering, therefore plant quality improvement by the technology of genetic engineering has brilliant prospects.Key words: genetic engineering; plant; quality improvement植物基因工程是随着DNA重组技术、基因遗传转化技术及植物组织培养技术而发展起来的一门新兴学科。
自20世纪90年代起，基因工程技术开始运用于改良植物品质的研究，并日渐受到人们的关注，成为当前研究热点之一。
最近二十多年来，这一领域的研究取得了一定进展，本文对所取得的成就进行回顾。
1 淀粉品质改良食味品质是水稻最重要的性状之一，而在影响稻米食味品质的各项指标中，较重要的是直链淀粉含量的多少。
稻米直链淀粉含量与食用品质呈负相关，即直链淀粉含量越低，稻米的口感性越好。
因此降低直链淀粉含量，对改良稻米的淀粉品质具有重要意义。
反义RNA技术是控制植物体内源目的基因表达效果的一种重要手段。
利用转基因技术将目的基因的反义片段转入植物中，便有可能减少该目的基因编码的蛋白产物。
目前利用反义RNA技术降低水稻直链淀粉含量的研究已取得很大进展。
水稻颗粒结合淀粉合成酶（GBSS）催化直链淀粉的合成，编码GBSS的基因是Wx，因此，抑制Wx基因的表达，减少GBSS形成，便可减少直链淀粉的含量。
1990年Wang等[1]首先克隆了Wx基因并测出该基因的全序列。
Shimada等[2]和Itoh等[3]又先后利用电激法将Wx基因的反义片段导入水稻，获得了转基因植株，培育后转基因植株种子中直链淀粉含量有所下降。
刘巧泉等[4]、Terada等[5]采用农杆菌介导法将Wx基因的反义片段导入不同粳稻品种中，直链淀粉含量大幅度下降。
陈秀花等[6]将Wx基因的反义片段导入籼稻品种中，使稻米直链淀粉含量也有不同程收稿日期：2006-04-03基金项目：福建省教育厅科技项目（JB03125）、福建省自然基金项目（B0410009）和福建省科技厅科技项目（2004N026）资助作者简介：王逸群（1964-），男，吉林梨树人，副教授，博士，从事植物分子生物学研究。
第4期王逸群：基因工程技术在植物品质改良中的应用(综述) ﹒67﹒度的降低，最低减少到7%左右。
胡昌泉（2003）采用农杆菌介导法将可溶性淀粉合成酶(SSS)基因和淀粉分支酶(SBE)的基因导入籼稻恢复系明恢86，研究水稻直链淀粉含量的变化规律，结果表明，转SSS正向表达基因的水稻株系所结实的稻谷直链淀粉含量均有较大幅度降低，平均下降13.3%，最大降幅可达31.5%；转SBE正向表达基因水稻株系所结实的稻谷直链淀粉含量下降幅度较小，平均下降10.4%，最大下降了24.2%；转SBE反义表达基因水稻株系所结实的稻谷直链淀粉含量平均提高了8.63%，最大提高了21.6%。
2 蛋白质品质改良人和动物获取蛋白质的重要途径大多来源于植物。
植物种类的不同，它们的氨基酸组成成分也不同，有的含量非常低，特别是必需氨基酸，造成了植物蛋白在营养方面的不平衡。
如豆类作物种子中缺少含硫氨基酸，禾谷类作物种子中缺少赖氨酸等。
因此，对蛋白质品质进行改良具有重要意义。
通过基因工程技术对必需氨基酸含量低的作物进行品质改良，在水稻和玉米中已有成功例子。
1993年刘博林从禾本科以外的种子中筛选出高赖氨酸植物种，用改良的IEF和SDS电泳方法纯化出一种赖氨酸含量为11%的蛋白质，并富含苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸等必需氨基酸，该蛋白质分子量为18KD；对蛋白质N端和C端进行序列分析后，合成引物，PCR扩增，获得了此编码高赖氨酸蛋白质的cDNA 克隆及其序列[7]。
1995年，Zheng等将菜豆种子蛋白质基因导入水稻中表达，使得转基因水稻种子总蛋白含量增加4%，赖氨酸含量也有所提高[8]。
1996年，Moon等在体外对谷蛋白基因进行修饰，插入合成甲硫氨酸、赖氨酸和色氨酸的序列，将修饰过的基因导入水稻后，达到预期效果[9]。
1999年，张秀君等采用基因枪法将马铃薯花粉特异水溶性蛋白的cDNA导入玉米，获得了赖氨酸含量提高10%以上的转基因玉米，种子蛋白含量也有所提高，可用于常规育种[10]。
高越峰等将四棱豆高赖氨酸蛋白基因导入到水稻品种“中花8号”，获得可育的再生植株；分子检测结果表明该基因已经整合到水稻基因组中，对转基因水稻叶片进行氨基酸含量分析，结果显示转基因水稻赖氨酸含量都有不同程度的提高，最大提高幅度为16.04%[11]。
巴西坚果中2S白蛋白（BN2S）富含甲硫氨酸（Met）和半胱氨酸（Cys），两者含量分别为18%和8%，编码该蛋白的基因已被克隆出来，现已在几种作物中实现了遗传转化[12]。
在转基因烟草中，其种子蛋白的Met含量与对照相比都有不同程度的提高，提高幅度最大增加了30%。
将巴西坚果2S白蛋白基因导入油菜中，富含Met的2S白蛋白得到相当高的表达，占种子总蛋白的3%～6%[12,13]。
1994年，王广立等应用PCR技术，从水稻基因组中扩增得到10KD富硫醇溶蛋白基因，该基因长0.5kb；对该基因进行载体构建，将其与rbc S启动子连接，采用农杆菌介导法将该基因导入豆科植物百脉根中，获得了转基因百脉根，可以用来改善牲畜饲料的营养[14]。
通过基因工程技术可以将植物中不存在的、对于人体来讲具有重要生理功能的某些蛋白成分的编码基因转入植物，可以达到品质改良的目的。
如β-酪蛋白、乳铁蛋白是人乳中重要的蛋白成分，可以增强人体免疫力；将编码人乳β-酪蛋白基因导入马铃薯中，转基因马铃薯能够稳定遗传，在转基因植株中，人乳β-酪蛋白的表达量占总可溶性蛋白的0.01%。
将人乳铁蛋白基因导入到马铃薯后，人乳铁蛋白的表达量占总可溶性蛋白的0.05%。
这是转人乳蛋白基因到植物中并得到稳定表达的首例报道[15]。
郑回勇等和赵伊英等分别将人乳铁蛋白基因导入胡萝卜和番茄中，对转基因植株进行分子检测结果表明，人乳铁蛋白基因已经整合到植物基因组DNA中[16,17]。
3 增强果蔬食品保鲜性能番茄、香蕉、苹果、西瓜、桃、杏等是一类呼吸跃变型果实，成熟过程非常快，容易过熟而腐烂变质。
果实的成熟与果实内乙烯的释放有密切关系。
因此，抑制乙烯合成可以延缓果实成熟，达到果蔬保鲜的目的。
研究表明，乙烯合成途径中有两个限速酶，即ACC(1-氨基丙烷-1-羧酸)氧化酶和ACC 合成酶，采用反义RNA技术对这两个酶进行调控可以限制乙烯的合成。
这一领域的研究已取得许多有第35卷 ﹒68﹒意义的进展[18]。
1985年，Slater等从番茄中首先克隆到ACC氧化酶基因，之后在鳄梨、苹果、猕猴桃、麝香石竹花和豌豆中亦克隆到该基因，其编码氨基酸的同源性高达90%[19]。
1990年，Hamilton等将ACC氧化酶反义基因转入番茄中，在转基因植株中ACC氧化酶活性被抑制；在转基因番茄果实中乙烯生成被抑制了97%，虽然果实的颜色变化和对照非转基因番茄果实相比基本相同，但是变红的范围和程度减小；在室温下，转基因番茄果实更耐储藏，而且抗皱缩能力明显提高[20]。
1996年，叶志彪等将反向克隆的ACC氧化酶基因通过Ti质粒导入番茄基因组中，转基因番茄植株叶片和果实中ACC氧化酶活性和乙烯产生速率均受到显著抑制，显示出反义基因能抑制靶基因（ACC氧化酶）的表达，在此基础上育成我国首次批准可商品化生产的农业生物基因工程产品——番茄新品种“华番1号”[21]。
1990年，Van der Straeten等首次从番茄中克隆到ACC合成酶基因，之后，在多种植物中也克隆到该基因，如苹果、马铃薯、猕猴桃、笋瓜、桃、柑桔、香蕉、哈密瓜等[22]。
1991年，Oeller等成功地将ACC合成酶的反义基因转入番茄中，几乎完全抑制了ACC合成酶基因的表达，与对照相比，转基因植株乙烯的合成严重受阻，这种果实在空气中放置不能正常成熟，但用外源乙烯处理可诱导出呼吸高峰，并能正常成熟[23]。
1995年，罗云波等将ACC合成酶反义基因导入番茄中[24,25]。
1997年，马庆虎等利用从番茄果实中分离到的ACC合成酶cDNA，反向置于CaMV 35S启动子的控制之下，并转入烟草，PCR扩增证明此反义基因已整合到烟草的基因组上，Northern 杂交及逆转录PCR分析表明，这种异源反义基因能在转基因烟草组织中表达，抑制了烟草内源乙烯的合成，这种抑制在芽再生过程中更为明显，这也导致了转基因烟草在组织培养过程中芽再生能力的增强[26]。
4 利用基因工程提高植物营养保健成分植物中存在着许多对人体有益的成分，具有营养保健功能，如类胡萝卜素和番茄红素等。