我國木薯轉(zhuǎn)基因育種邁向國際前沿
不詳 ?本刊記者吳浪 ? 2008年12月01日 ? ?創(chuàng)新成果
國際知名木薯專家Reinhardt Howeler博士
與張鵬研究員（右）在上海參觀生長旺盛的轉(zhuǎn)基因木薯
10月31日，我國首次開展的淀粉改良的轉(zhuǎn)基因木薯田間培育成功收獲，標志著我國木薯轉(zhuǎn)基因育種邁向國際前沿。
據(jù)了解，這項研究由中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所張鵬研究員主持。張鵬研究員是作為中科院引進的國外杰出人才，從瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)回到上海建立了我國第一個從事木薯基因工程的“上海木薯生物技術(shù)中心”，在“百人計劃”及中科院先進工業(yè)生物技術(shù)創(chuàng)新基地重要方向項目的資助下，開始了我國木薯轉(zhuǎn)基因育種的艱辛求索之路。經(jīng)過幾年的努力，研究項目逐步取得一定進展。據(jù)張鵬研究員透露，這次收獲的轉(zhuǎn)基因木薯，就是該團隊的創(chuàng)新成果之一。它證明了通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以改變木薯的淀粉品質(zhì)，這將拓寬我國木薯育種潛力和應(yīng)用前景。
木薯是原產(chǎn)于南美亞馬遜河流域的重要淀粉類塊根作物，也是一種耐貧瘠土壤的熱帶作物?？v觀全球的主要糧食作物中，木薯是第三大提供碳水化合物能量的作物，特別是在非洲，木薯更是被賦予特殊的地位，成為該地區(qū)2億人的主要口糧。這主要歸功于木薯超高的光、熱、水資源利用效率和單位面積生物量，淀粉含量高（鮮重的30%），同時適合種植在瘠薄土地上。木薯是用莖稈為種子進行無性繁殖的作物，其收獲期可長可短，也為其成為糧食饑荒時的天然地下糧倉創(chuàng)造了條件。由于木薯的上述優(yōu)勢，特別在我國主要種植在干旱貧瘠的土地上，不與糧食爭地，使之成為長江以南地區(qū)目前最有開發(fā)前景的能源作物，成為提供淀粉、變性淀粉及燃料乙醇的主要原材料。
隨著各種深加工技術(shù)的逐漸成熟，木薯已逐漸成為世界公認的綜合利用價值極高的經(jīng)濟作物和重要的工業(yè)原料，全球每年的貿(mào)易量達200億美元。近年來，隨著燃料乙醇、變性淀粉、食品、化工、紡織等下游行業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外對木薯的需求逐年增長。從2005年開始，我國已成為世界第一大木薯進口國。要滿足國內(nèi)市場的需求，需要繼續(xù)擴大木薯種植面積，改進育種和種植技術(shù)。
然而，木薯因為是營養(yǎng)體繁殖的作物，遺傳上具有高度雜合、花粉育性低、結(jié)子率低、有性子代嚴重分離等特性，以及種質(zhì)資源匱乏(如抗性基因資源相對貧乏等) 和育種周期長等不利因素，通過傳統(tǒng)雜交培育新品種非常困難。基因工程是針對特定性狀為目標的育種手段，利用該技術(shù)可快速實現(xiàn)木薯品質(zhì)的定向改良，因此這一領(lǐng)域研究為全球所關(guān)注。特別是近幾年木薯轉(zhuǎn)基因技術(shù)不斷完善，為木薯遺傳改良提供了條件。在比爾·梅琳達蓋茨基金會的支持下，包括張鵬研究員在內(nèi)的全球木薯育種專家聯(lián)合成立了BioCassava Plus Consortium，共同開展木薯的課題攻關(guān)，在木薯營養(yǎng)成分的生物強化、抗病和耐儲藏等方面進行聯(lián)合研發(fā)。
收獲的轉(zhuǎn)基因木薯儲藏根（A）及其碘染分析結(jié)果(B)
另據(jù)了解，木薯作為我國的主要淀粉類能源作物，其淀粉組成是影響其應(yīng)用的重要因素。常規(guī)木薯淀粉直鏈淀粉含量在22%～32%之間。目前，以木薯塊根為原料的淀粉加工業(yè)占據(jù)突出優(yōu)勢，但各種產(chǎn)品的加工對原材料的淀粉品質(zhì)提出了多樣化的需求。依靠傳統(tǒng)育種來改變淀粉品質(zhì)，耗時長，需要大量人力物力，難以滿足淀粉加工業(yè)的急切需求。張鵬研究員及其團隊利用小分子RNA干擾技術(shù)抑制直鏈淀粉合成的顆粒結(jié)合型淀粉合成酶(GBSSI)基因的表達，得到一系列直鏈淀粉與支鏈淀粉含量比例發(fā)生變化的轉(zhuǎn)基因木薯新品系。這次田間收獲的植株是首次在實驗地里種植，并且轉(zhuǎn)基因植株生長良好，儲藏根的產(chǎn)量非常穩(wěn)定。利用碘染實驗，對塊根進行了分析，多個株系都表明了淀粉組成發(fā)生了明顯變化。
這批木薯收獲后，張鵬研究員立即攜帶木薯種莖前往海南的中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院，與木薯育種專家李開綿和王文泉研究員探討了下一步的工作，計劃進一步擴大試驗，與我國優(yōu)良主栽木薯雜交培育更多改良的木薯新品種。張鵬研究員在過去幾年與他們攜手合作，已成功引進木薯新品種及開展了全球首次轉(zhuǎn)基因木薯田間試驗，為這批淀粉改良的轉(zhuǎn)基因木薯進一步的研發(fā)創(chuàng)造了良好的條件。同時他也與廣西相關(guān)部門進行了交流，計劃開展合作研究，為工業(yè)化應(yīng)用提供技術(shù)平臺和新原料。
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