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突破育种瓶颈,拓宽基因来源

来源:光明网2024-04-23 16:19

  “龙生龙,凤生凤”,这句谚语不仅是人们经验的总结,更是基因科学原理的印证。基因可以从亲代传递给子代,进行物种内的垂直传递。

  在自然界中也广泛存在自发的转基因现象,即不同物种之间基因的水平传递,从而加快物种进化和多样性的生物演变。比如原核生物细菌对抗生素产生耐药性,就是不同细菌个体间抗生素抗性基因交换的结果。

  真核生物烟粉虱的BtPMaT1基因是从植物中水平转移而来的,能将植物中的有害酚糖类物质转化为无害物质,形成其600多种植物寄主的广泛寄主适应性。

突破育种瓶颈,拓宽基因来源

烟粉虱利用植物源HGT基因BtPMaT1在中肠解毒植物酚糖

  高等植物中普遍存在异花授粉和天然杂交。异花授粉是指异株、异花以及不同无性系之间的授粉。植物在进化中产生了一些适应异花授粉的方式,比如雌雄异株(大麻、波菜)、雌雄同株异花(瓜类、玉米)和花柱异长等。

  植物界异花授粉主要是靠风力或昆虫,能产生遗传性丰富和适应性强的后代,形成了自然的基因转移和五彩斑斓的植物世界。

突破育种瓶颈,拓宽基因来源

蜜蜂的异花授粉

  土壤中的农杆菌是一种革兰氏阴性细菌,它能在自然条件下通过侵染植物伤口进入细胞后,可将一段转移DNA(T—DNA)转移整合到植物基因组中,是一种天然的植物遗传转化系统。科学家利用农杆菌创建出了大量转基因植物,植物转基因技术也因此而得到迅速发展。

  转基因技术是借鉴生物界普遍存在基因转移的原理,利用重组DNA技术将目的基因整合到目标生物体的基因组中,实现遗传物质的传递,创建具有新的遗传性状的植物。

  传统技术一般是在种内个体间许多基因的随机转移,不能准确预测后代表型,而转基因技术不仅借鉴与模仿了自然界中基因水平传递原理,还可以跨越物种“借”来特定的基因,拓宽了育种基因来源。

  因此,转基因技术突破物种间亲缘关系的限制,利用功能明确的基因进行品种性状的精准改良,破解传统育种难以解决的瓶颈问题,是对传统育种技术的发展和突破。

突破育种瓶颈,拓宽基因来源

  目前,转基因技术已成为农作物育种领域发展最快、应用最广、效果最佳的技术,尤其是在转基因抗虫、转基因耐除草剂作物的规模化应用,以及在增加作物产量、提高农民收入和保护生态环境等多个方面,都取得了显著的经济、社会和生态效益,为强农富农和促进农业发展注入强大的科技力量。

学术支持

中国农业科学院生物技术研究所

中国农业生物技术学会

保定学院

科普作者

张海文 中国农业科学院生物技术研究所研究员

配图制作

孙欣悦

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