但是,以往的工作重点多在容易做的模式植物上,从而使烟草、马铃薯、番茄、矮牵牛、拟南芥菜等植物的分子生物学和转基因技术发展很快。近年内以实用为目标的研究数目大大增加,在国外,主要的种子公司和一些小公司竞相开发重组 D NA技术,用于重要作物的商业应用,将研究机构和大学首创的原理和科技用于开发,导致植物基因工程向重要粮食和豆科作物遗传改良的实用化目标迈进。
最初大豆基因工程的重点放在原生质体和胚性悬浮细胞的再生上,但进展很慢,获得转基因大豆是一个很大的难题。基因枪的出现,使大豆转基因成为现实,实际上目前大豆已成为许多难转化作物的模式作物。在1988至1990年仅两年时,建立了可实用的大豆转化体系,这是目前唯一的不依赖于基因型的大豆转化方法。抗除草剂 B astar和Roundup的基因也已转入大豆,并在过去三年中连续进行了田间试验,预期不久将可商业化,这将是豆科作物基因工程商业化应用的一个里程碑。大豆基因工程今后的目标可包括蛋白质和油脂成分的修饰、抗虫、抗病毒及其他病害抗性等。
水稻得到转基因植始于1988年,最初均以原生质体为受体,采用 D NA直接转移法,再生出了可育的转基因植株。但是,原生质体再生体系的限制很大,粳稻上只有少数品种如台北309等,可由原生质体再生植株,大多数优良的粳稻品种和绝大多数籼稻品种都难以由原生质体再生。可由原生质体再生植株的籼稻品种迄今尚未获得转基因植株。由于水稻未成熟胚的盾片再生植株的能力很强,几乎所有水稻栽培品种均能由未成熟幼胚再生。因此,一些科学家认为,原生质体转化在水稻上应用前景有限,最好是用基因枪转化水稻幼胚。最近水稻幼胚和盾片来源的愈伤组织,用根癌农杆菌转化都获得了转基因植株。
重组 D NA技术的发展,已可将动物、植物、微生物的基因相互转移,打破了物种之间难以杂交的天然屏障。迄今已经把具有实用价值的基因如抗病毒、抗虫、抗除草剂、改变蛋白质组分、雄性不育、改变花色和花形、延长保鲜期等的基因分别转入烟草、马铃薯、棉花、番茄、大豆、苜蓿、矮牵牛等作物。植物基因工程对未来农业将产生不可估量的影响。
(一)抗病毒方面:
病毒是农作物一个大敌,由它引起的产量损失极大。仅以马铃薯为例,因马铃薯 X病毒( P VX)损失可达10%,马铃薯 Y病毒( P VY)的损失可高达80%。
细菌和真菌都是农业生产上的主要病害。历史上记载有因植物病害而改变千百万人生活的残酷事件,最突出的例子是爱尔兰(1845-1860)因马铃薯晚疫病(真菌病害)绝产而导致100万人饥饿,并迫使另外200万人移民至北美。据估计,全世界马铃薯每年因细菌性病害减产25%,约计40亿美元。常规病育种对农业生产作出了卓越的贡献,但在某些情况下,由于作物本身或近缘野生种中缺乏抗原,限制了抗病育种的发展。重组 D NA技术使不同有机体的基因得以相互转移,从而开辟了一条解决问题的新途径。
在天蚕、家蚕、柞蚕蛹的血淋巴中发现,经诱导后可产生15种蛋白,可分为天蚕素、 A ttacin及溶菌酶等三类不同的杀菌肽,对革兰氏阳性和阴性菌有广谱的抗菌活性。 J aynes实验室(1991)将天蚕素 B及两种人工合成的杀菌肽基因转入烟草,经青枯菌接种,发现转基因烟草发病延迟,病情指数及死亡率降低。我们实验室与兄弟单位合作将人工合成的天蚕素 B及 S hiva A基因转入我国7个马铃薯主栽品种,经温室和田间接种青枯菌鉴定,某些特基因株系的生物比起始品种提高1-3级。 J aynes等还 用计算机作杀菌肽结构比较,体外生物活性检测,发现有些多肽可杀真菌、疟原虫和植物线虫。他们乐观地估计,将来有可能用一个单基因杀植物的不同致病细菌、真菌和线虫。