16.16: 转基因植物

称为转基因的重组 DNA 技术通常用于从生物体中添加外源基因或去除有害基因。这种转基因生物被称为转基因生物。

有史以来第一种转基因植物是 1983 年开发的烟草植物，它显示出对烟草花叶病毒的抗性。从那时起，许多转基因植物被开发并商业化，以提高农作物的农业、观赏和园艺价值。转基因植物也可用作生物反应器，用于生产具有经济重要性的代谢物或蛋白质。

将基因转移到植物的物理方法

许多方法，如电穿孔和微弹轰击，可用于将外源基因转移到植物原生质体中。在电穿孔过程中，装置向原生质体悬浮液提供高压脉冲。这增加了原生质体的通透性，允许外源 DNA 进入细胞并整合到植物基因组中。

相反，在微弹轰击或生物免疫法中，由钨或金制成的球形颗粒（微弹）涂有携带目标基因的质粒。然后，使用称为粒子枪的仪器将涂层颗粒加速到 300 至 600 m/s。该仪器使用高压氦气提供推进力，帮助质粒包被的颗粒穿透植物细胞壁。一旦进入细胞，目标基因就会整合到植物基因组中。该方法可用于将 DNA 引入愈伤组织培养物、分生组织、未成熟胚胎、植物细胞悬液等中。

转基因植物的应用

重组 DNA 技术广泛用于开发抗虫害和抗病毒植物。该技术还有助于改变种子的脂质、淀粉和蛋白质含量。

例如，黄金稻是一种营养价值更高的转基因稻草。这种转基因水稻品种产生 β-胡萝卜素 – 维生素 A 的前体，使其呈金黄色。它由农杆菌介导的 DNA 转化产生，其中携带三种编码酶（八氢番茄红素合成酶、八氢番茄红素去饱和酶和番茄红素 β-环化酶）的重组 DNA入到目标水稻胚的基因组中。然后胚胎发育成产生 β-胡萝卜素的植物。黄金大米是为了解决发展中国家的维生素 A 缺乏症而开发的。

其他一些转基因植物，如 Bt 棉花，已经通过插入从苏云金芽孢杆菌（一种在土壤中发现的革兰氏阳性菌）分离的基因进行了修饰。这种转基因植物产生晶体或 “Cry” 蛋白，可以杀死有害昆虫，使植物具有抗虫性。