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Research Progress on Methods of Removing Marker Genes in Transgenic Plants

转基因植物中标记基因去除方法的研究进展



全 文 :·技术与方法·
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2015, 31(5):41-47
自 1983 年美国科学家首次探索并获得了转基
因烟草以来,转基因植物受到了人们的广泛关注。
1996 年,首次开展转基因植物的商业化种植,至今
全球已有 28 个国家及地区累计批准 25 种转基因植
物进行商业化生产,包括以抗除草剂和抗虫为主的
玉米、大豆、油菜及棉花等。2014 年,转基因植物
种植面积已达 1.815 亿 hm2。转基因植物的环境安全
及食用安全成为当今研究的热点。目前,植物遗传
转化都要使用选择标记基因(Marker gene),这一基
因被众多研究者运用得较为广泛,其主要是除草剂
抗性和编码抗生素的基因。但是当转化完成后,选
择标记基因将会失去其使用的价值,它的保留被认
为是不可取的。因此,转基因技术的应用出现了一
大难题,即如何去除选择性标记,且不含抗性标记。
标记基因的安全性问题主要表现在 :标记基因是否
会传播到野生亲缘品种中,导致杂草获得此抗性后
收稿日期 :2014-08-18
基金项目 :国家自然科学基金项目(81260164),贵州省第六批科技创新人才团队建设项目(黔科合人才团队[2013]4026 号),贵州省高
等学校重点学科建设项目(SZXK-201207-04),贵州省高等学校特色重点实验室建设项目(黔教合 KY 字[2013]109 号)
作者简介 :郎遥玲,女,硕士研究生,住院医师,研究方向 :龋病的免疫学防治 ;E-mail :296733308@qq.com
通讯作者 :刘建国,男,博士,教授,硕士研究生导师,研究方向 :龋病、牙周病病因和免疫学防治、氟斑牙发病机制、牙颌畸形矫治的
基础与临床 ;E-mail :13087891001@163.com
转基因植物中标记基因去除方法的研究进展
郎遥玲1,2  管晓燕1,2  白国辉2  刘建国1,2
(1. 遵义医学院口腔学院,遵义 563000 ;2. 贵州省高等学校口腔疾病研究特色重点实验室,遵义 563000)
摘 要 : 随着越来越多的转基因植物品种的出现,转基因植物的环境安全及食用安全越来越受到人们的广泛关注。目前存
在的问题之一是转基因植物中抗生素或除草剂抗性的选择标记基因的存留。为了提高转基因植物的安全性,将转基因植物中选择
性标记基因去除,不仅利于同一转基因植物的多次操作,而且更容易被人们所接受。就目前转基因植物中选择性标记基因去除的
方法及其优缺点进行了横纵向的比较,希望对相关研究领域方法的选择方向具有指导意义。
关键词 : 转基因植物 ;选择性标记基因 ;安全性
DOI :10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.05.007
Research Progress on Methods of Removing Marker Genes in
Transgenic Plants
Lang Yaoling1,2 Guan Xiaoyan1,2 Bai Guohui2 Liu Jianguo1,2
(1. School of Stomatology,Zunyi Medical University,Zunyi 563000 ; 2. Special Key Laboratory of Oral Diseases Research,Institutions of
Higher Education in Guizhou Province,Zunyi 563000)
Abstract: With more and more varieties of transgenic plants emerging, environmental and food safety from using transgenic plants have
been attracting extensive public attentions. One of the current problems is that the selectable marker genes, usually having the antibiotic or
herbicide resistance, remain in transgenic plants. In order to improve the safety of using transgenic plants, removing marker genes from transgenic
plants is not only conducive to the multiple using the same transgenic plants, but also more likely to allow the transgenic plants accepted by
people. The current methods of removing marker genes in transgenic plants were reviewed, and the advantages and disadvantages of each method
were compared from all aspects, which have a guiding significance for selecting a proper method in this field.
Key words: transgenic plants ;selectable marker genes ;safety
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.542
变成现有的除草剂杀灭不了的“超级杂草”;标记基
因对人类机体能否产生毒物、抗营养的因子及潜在
过敏原性 ;现有生态环境的平衡是否被破坏 ;抗生
素的抗性基因转移到微生物中,使病原菌获此抗性,
导致临床运用的抗生素无效。此外,同源依赖的基
因 沉 默 H(Homology—dependent gene silencing) 可
能会被选择性标记基因存在的结构所诱导,从而使
转基因植物的遗传改良以失败告终。所以,在转基
因植物中提高其安全性的有效手段之一是培育无选
择标记基因的转基因植物,其中的有效策略是采取
一系列措施在转化植株筛选完成后将选择标记基因
去除。构建能去除选择标记基因的方法目前有共转
化系统法、转座子系统法、位点特异性重组系统法、
重组酶系统法、外源基因清除技术及叶绿体转化技
术等,下面对这些方法及其优缺点进行简要介绍[1-4]。
1 标记基因去除方法
1.1 共转化系统法
最早研究的去除转基因植物中选择性标记基因
的方法是共转化法。共转化法指的是两个质粒上分
别插入标记基因和目的基因,或将标记基因和目的
基因组装在一个质粒的两个不同的 T-DNA 区段上,
同时进行转化。T-DNA 插入是随机进行的,因此,
标记基因和目的基因可同时插入同一细胞不同的染
色体上,经后代遗传重组使两个基因分离,获得只
含有目的基因而无标记基因的转基因植株[5]。
目前最常见的两种转化方法是农杆菌介导的共
转化法和基因枪介导的共转化法。农杆菌介导的共
转化法有 3 种,分别是一质粒一菌株法、二质粒一
菌株法和二质粒二菌株法。现研究得较多的是一质
粒一菌株法。共转化法已经成功运用于水稻、烟草、
大麦和玉米等植物中。2013 年,Kapusi 等[2]利用
共转化将同时携带选择标记基因和效应基因的后代
中分离去除选择标记基因,同时还指出加倍单倍体
技术可以广泛的应用于传统的大麦育种计划,它是
一个有用且固定的转基因方法,同时除去不需要的
选择性标记基因。Komari 等[6]将 gus 基因和 hpt 基
因运用共转化的方法转入水稻和烟草中,经后代分
离之后,不含标记基因 gus 的转基因植株大于 50%。
Miller 等[7]运用共转化的方法,对含双 T-DNA 超二
元质粒载体进行实验操作,最后得出结论 :运用共
转化法能获得转化效率为 93.4% 的无标记基因。基
因枪介导的共转化法是一个有效的方法,Romano
等[8]通过基因枪介导的共转化法得到了无标记基因
的转基因马铃薯。Shiva Prakash 等[9]采用相同的方
法,获得了大量单拷贝的无选择标记的转基因玉米。
共转化法的优点是 :方法简单,易于操作。农
杆菌介导的转化法整合的位点比较稳定且拷贝数较
低,机理清楚,适用范围广,稳定性较好,整合后
的外源基因变异较小,较容易产生非连锁位点等特
点。基因枪介导的共转化法去除标记基因的同时,
减少骨架序列整合,并且不受材料基因型的控制。
运用共转化法去除转基因植物中的标记基因应用中
注意问题有 3 个方面 :后代植株通过自交或杂交出
现分离、转化体系的转化效率较高、T-DNA 整合到
不连锁位点。共转化法不足有 :(1)需要利用有性
杂交,将目的基因与标记基因分离,从而限制了共
转化法在无性繁殖植物及生殖时间较长的物种中的
运用。(2)此种方法转化效率较低,工作量大,费
时,限制了共转化系统在转基因植物中的应用。(3)
农杆菌介导法的转化存在骨架系列整合及基因型限
制的情况。(4)基因枪介导的共转化法存在沉默、
遗传稳定及拷贝数多等问题。
1.2 转座子系统法
转座子是一段可移动的、可自我复制的 DNA 序
列,其存在于染色体 DNA 中。转座子系统指的是将
转座子与目的基因或者标记基因相连接,转座子在
移动的过程中,将目的基因与标记基因分离,子代
植株通过遗传的分离得到只带有目的基因的转基因
植株。因此,利用转座子方法可培育无选择标记基
因的转基因植物。Andrew 等[10]运用转座子介导的
再定位法,使目的基因再定位,从而获得无标记基
因的植物。John 等[11]运用同样的方法将选择性标
记基因去除。目前,转座子系统法用于去除标记基
因的研究主要是 Ac/Ds 转座系统,来源于玉米,是
构建插入型突变体库的理想技术。该系统在油菜运
用中处于起步阶段,在水稻和拟南芥中运用较为广
泛[12]。Ac/Ds 转座系统在拟南芥中活性较高,在配
子期转座酶介导 Ds 的转座频率高达 68%[13]。
2015,31(5) 43郎遥玲等:转基因植物中标记基因去除方法的研究进展
与其他方法相比,Ac/Ds 转座系统主要的优点
是 :转化体中不携带 T-DNA 及其他非冗余序列,能
获得无标记转化植物,转位后再插入对目的基因的
表达无影响。但转座子法仍有不利于广泛运用的缺
点 :不仅不能实现当下比较热门的多基因聚合,而
且转座子法还不适于无性繁殖的作物。此外,大部
分植物中存在大量不同效率的转座子,转座切除的
不精确性、耗时费力,以及后代出现突变,导致转
座的效率不如人意,使转座子方法的运用渐渐减少。
1.3 位点特异性重组系统法
与转座作用相比,位点特异性重组系统法在转
基因植物标记基因去除过程中具有删除高效精确、
转化周期短等特点,在近年来的转基因工程研究中
被广泛运用。重组是既能把外源的基因整合到染色
体上,又能把染色体上的外源基因去除的方法。位
点特异性重组系统法是指在 DNA 专一性的位点间
通过重组酶的作用而实现同源之间的双向交换。该
方法由两个关键点组成,即识别位点和重组酶。重
组酶可以催化由正向排列的两个识别位点之间的序
列,从而将标记基因去除。位点特异性重组系统法
包括:FLP/FRTS 系统、 FLP/frt 系统法和 R/RS 系统法、
Cre/lox 系统法和 Gin/gix 系统法等。目前,被广为接
受及运用较多的是 Cre/lox 系统法。
1.3.1 FLP/FRTs 系统和 FLP/frt 系统法 去除转基
因植物选择标记基因的方法中,来源于啤酒酵母的
FLP/FRTs 系统被最先利用。如今已被广泛运用于水
稻、烟草及拟南芥等真核植物的研究,诱导基因去除、
插入及置换[14]。
FLP/FRTs 系 统 法 是 指 FRTs 序 列 之 间 的 DNA
片段被 FLP 重组酶催化并重组。2010 年,Li 等[15]
利用 FLP/FRTs 系统去除乙酰乳酸合成酶选择标记
基因,删除效率为 40.7%。同年,Fladung 等[16]运
用同样的方法使转化再生植物成功的去除 FLP 和
npt Ⅱ基因,其删除效率为 65.2%。Cregg 等[17]证
明了 FRTs 之间的 Arg 基因可被酵母的 FLP 重组酶
作用,他们将 Arg+FRT 结构引入 Arg -酵母当中,并
经过筛选得到了 Arg+ 转化株,将 FLP 引入转化子
中经过二次转化实验并又得到了 Arg -转化子。此
外,FLP/FRTs 系统重组法在烟草中的同向定点重
组位点 frt 之间的基因去除效率在 19%-47%之间。
FLP/frt 重组系统中 FLP 重组酶能够催化同一分子当
中的两个同向之间的位点,并去除 DNA 片段。重组
功能已经在烟草、玉米细胞等实验中得以验证。单
晓呋等[4]利用多个步骤的重组,建立了能广泛运用
于植物当中的 FLP/frt 重组系统,通过二次转化的方
法将两者先后转入烟草中并热激处理,引发重组反
应,结果显示选择标记基因 als 有 41%被有效去除。
FLP/FRTs 系统法的删除精确性较高,但因二次转化
需建立一个高效的遗传再生体系,转化效率较低,
大大限制了二次转化的运用。此外,有性杂交方法
不适用于无性繁殖的植物,其工作量较大、周期长、
不受人为控制等限制其在转基因植物中的运用。
1.3.2 R/RS 系统 R/RS 系统法源于接合酵母的 SR1
质粒,能专一识别特有的 RS 识别序列的重组酶,
并使两个相邻的 RS 之间的 DNA 片段去除。2011 年,
Khan 等[18]采用 R/RS 系统法得到了不含有 ipt 选择
性标记基因的转基因番茄。Saelim 等[19]运用 R/RS
系统法对木薯处理转化,无选择标记基因的木薯占
到 88%-96%。Sugita 等[20] 通 过 R/RS 系 统 与 MAT
载体系统结合,明显提高了无选择标记的转基因植
物(MFTPs)的产生频率。
与共转化法需要利用有性杂交相比,MAT 载体
系统具有无需有性杂交过程就可将选择性标记基因
去除等优点,从而获得 MFTP。这种方法可用于无
性繁殖植物,使对某些植物进行多次转化变为现实。
R/RS 系统法与 FLP/FRTs 系统法相比,其优点 :标
记基因在去除过程中无需二次转化,适合无性繁殖
的植物。其缺点 :往往会在重组位点上留下一个识
别的序列,使位点特异性重组系统法在受体植物中
的多次运用受到限制。此外,如经历多次标记基因
去除,可能存在多拷贝的识别序列导致基因沉默。
1.3.3 Cre/lox 系统 Cre/lox 系统是目前运用最广泛、
研究最深入的位点特异性重组系统法[21]。Cre/lox 系
统来自大肠杆菌噬菌体 P1,于 1981 年被首次发现,
因间隔区的非对称使 lox 位点具有方向性。根据两个
lox 位点的方向不同,其作用方式有 3 种 :一是当两
个 lox 位点不位于同一分子上时,将会导致 DNA 片
段发生易位;二是当两个 lox 位点的作用方向相反时,
重组反应会使 lox 位点间的 DNA 片段倒位 ;三是当
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2015,Vol.31,No.544
两个位点的作用方向相同时,重组反应会使 lox 位点
间的 DNA 片段去除。因此,在两个相同方向的 34
bp 大小的 lox 序列之间被 Cre 重组酶催化使重组发
生,能使 lox 序列间的基因片段切除。Zuo 等[22]将
Cre/lox 系统与化学诱导植物的表达系统(即 XVE 系
统)相结合,形成另一种标记基因去除系统 CLX 系
统(Cre/loxP DNA excision system),结果显示 :CLX
对受体植物的标记基因,包括重组酶基因 cre、标记
基因 npt II、XVE,经 β-雌二醇诱导后切除的效率达
到了 100%。此方法的优点 :能运用于无性繁殖的植
物中,精确的控制切除时间,不依赖 ipt 表型而进行
筛选,以及通过构建合适的载体可以再生无标记基
因的单拷贝植物。这是转基因植物工程中的一种较
为理想化的方法。
有研究报告显示 :Cre/lox 重组法使用 pX6 载体
进行筛选,结束之后雌二醇诱导 Cre 操纵子,合成
切割重组,该重组是由 Cre 蛋白介导 lox 位点,运用
Cre/lox 系统法能将标记基因去除[23]。郭霞等[24]运
用了 loxP 位点识别系统,该系统能定向去除潮霉素
抗性标记基因,他们运用农杆菌介导法将 Bt 抗虫基
因成功的导入“晚粳 97”(安徽主栽水稻品种)中,
获得的 loxp-hpt-loxp-Bt 转基因水稻植株可以与带有
Cre 基因的水稻进行杂交,从而去除了潮霉素抗性
选择标记基因。2011 年,Khattri 等[25]将大豆热休
克启动子控制 Cre 基因导入水稻基因组,Cre 介导
的重组能够去除标记基因。芦春斌等[26]将番茄的
Marker-Free 系统进行转化,同时表达 HPV16 目的
基因、E6、E7,转化之后可以将标记基因去除。同
年,尚玉花等[27]利用该系统方法将转 Bt 基因水稻
中的选择性标记基因去除。2012 年,Chong-Perez 等[28]
利用 Cre-lox 位点特异性重组系统,热休克诱导转基
因香蕉,将可选择的标记基因去除。这是第一次报
告对香蕉有效去除标记基因的系统。
Cre/lox 系统法因其精确性及可预知性使人们
能够对基因进行定向、定点操作,成为转基因植
物研究产品商业化的有效工具。运用该系统需注
意的问题 :Cre 基因的高度表达,可能会使基因重
排 ;可能含有一部分假的、潜在的 lox 位点,与野
生型位点有部分的同一性,在野生型重组的介导下
能表现出活力 ;去除不彻底导致产生嵌合体的现象。
1.3.4 Gin/gix 系统 Gin/gix 系统法是指在两个 Gix
特异位点之间,在重组酶 Gin 作用下切除的全过程,
是 1991 年由 Maseser 等[29]发现的。Gin/gix 系统法
的缺点是对植物的再生造成负面的影响,植物的应
用中相关文献鲜见报道。
1.4 重组酶系统
自从重组酶系统 Cre/loxp 在烟草植物中转化成
功以来,科学家们已尝试将重组酶系统运用到玉米、
水稻和大麦等多种植物当中[30]。重组酶系统法指的
是一种针对转入基因进行的组织特异性及定点操作
的一种基因重组系统法,重组酶系统能够有效的进
行基因整合性删除、染色体易位及条件性重组等。
因此,可以将重组酶系统运用在转基因植物领域。
2013 年,Zou 等[31]从根癌农杆菌构建异戊烯基基
因(IPT)的选择标记基因和两侧由两个 loxP 位点
直接定位的 Cre 重组酶基因,一种新的基于 Cre/loxP
位点重组系统从转基因柑橘中去除选择性标记基因。
分析表明,在转基因植物中观察到 100% 的删除效率。
这种方法提供了从转基因柑橘中生产无选择标记转
基因植物的一种可靠策略。同年,García-Almodóvar
等[32]构建(px6-dao1)化学诱导的 Cre-loxP 系统和
选择的标记基因 dao1 来获得无标记转基因烟草。运
用 Cre/loxp 重组酶系统具有时间和空间特异性、高
效性、准确性及快速性等特点,因此拥有的重组方
式可以去除特定基因[30]。但重组酶系统技术存在不
足,要获得完整的重组酶系统需要二次转化或杂交
等,耗时较长。此外,R/RS 重组酶也可用于转基因
植物中。2014 年,Righetti 等[33]用化学诱导的 R/RS
重组酶将转基因苹果和梨的 nptII 标记基因去除。
噬菌体 phiC31 位点重组酶系统是继 FLP/frt 重
组酶系统和 Cre/lox 重组酶系统后又一新型位点的重
组酶系统,在真核和原核生物中广泛应用。phiC31
位点重组酶系统已在多种植物中得到验证。在植
物中应用注意可能会出现去除不彻底的问题,可
能与植物中相应的 phiC31 重组酶表达量太低有关。
phiC31 重组酶系统与其他类型的重组系统相结合,
能够实现农作物外源基因的精确调控,将会是未来
的重点研究方向之一[34]。
近年来开展了由重组酶介导的盒式交换重复基
2015,31(5) 45郎遥玲等:转基因植物中标记基因去除方法的研究进展
因打靶(RMCE)的研究,它是高可预测性以及基
因表达重复性的一种有效工具,用于基因的功能和
调控研究[35]。已经开发了定点整合(SDI)载体系
统用于农杆菌介导的转化,SDI 在没有任何共表达
的选择标记基因条件下,精确地整合目的基因的单
一拷贝到一个特定的染色体位点上,通过随机整合
拷贝的去除,可以有效地增加 RMCE,针对性地选
择无标记的转基因植物。
1.5 两种重组系统的运用
1.5.1 外源基因清除技术 外源基因清除技术(Gene
deletor)是美国康涅狄格大学华裔教授率先发展起
来,为解决转基因植物安全性问题的有效工具。外
源基因清除技术[36]指的是在基因进行转化的表达
载体系统中引入酵母的重组酶系统与细菌的噬菌
体(即构建 Cre/LoxP 和 FLP/FRT 双重组系统),在
转基因植物中特异性的表达,由特异的启动子驱动
FLP/Cre 的重组酶基因,根据研究的目标可以将局部
或整体的转基因植物的所有目的基因去除。不管是
共转化法、转座子法,还是位点特异性重组系统法
等等,仍然可能存在植物中的外源目的基因通过花
粉逃逸在周围其他的物种中,引发的安全性问题仍
然存在。与其他方法相比,外源基因清除技术可以
去除转基因植物中几乎所有的标记基因和目的基因。
此外,外源基因清除技术可同时运用于有性和无性
的繁殖中,解决了 R/RS 系统法只适合于无性繁殖植
物的局限性问题,也解决了 FLP/FRTs 系统法去除选
择性标记基因效率较低的问题。但是外源基因清除
技术存在不足,在特异的启动子驱动 FLP/Cre 的重
组酶基因去除外源基因的同时,基因组中仍有一段
序列存留。虽然影响不大,但是仍有待完善。
1.5.2 其他技术 2011 年,邹璐琳等[37]同时运用
了 Cre/Lox 系统和 FLP/frt 系统的两种重组系统方法
培育了去除选择性标记基因的耐寒转基因植物,该
方法成功构建了一个能够高效去除选择性标记基因
的 Bhlea2 基因植物表达载体。2012 年,Nandy 等[38]
运用 FLPe/frt 系统的位点特异性基因进行整合,去
除水稻中的标记基因。该方法解决了外源基因随花
粉漂移的问题,同时为食用组织部分去除目的基因
提供了有效的方法。但是,目的基因的去除不利于
转基因植物留种,并且需要分离受体植物种子或花
粉的特异性启动子。因此,该方法在转基因植物研
究及商业化运用方面受到一定的限制。
通 过 异 源 位 点 特 异 性 重 组 酶(Site-specific
recombinase,SSR)系统介导的转基因整合,已在
几种不同的植物物种中得以证实。植物转化的方法
产生一个精确的定点整合(Site-specific integration,
SSI)结构,由一个单拷贝的转基因构建。由于 SSR
系统是转基因位点去除标记基因的一种有效工具,
较早前已被提出,分别由不同的重组系统介导。SSI
线路中无选择标记基因的的第一代本身被开发出来,
更重要的是后代从这些线路中派生,继承了无选择
的标记基因的特性。这种方法适用于简化生产的无
选择标记的 SSI 生产路线。
1.6 叶绿体转化技术
叶绿体是植物细胞中由双层膜围成,含有叶绿
素能进行光合作用的细胞器。叶绿体转化技术指的
是将转基因插入到叶绿体的基因组中。叶绿体转化
技术主要有 3 种策略 :一是运用同源重组的方式将
外源基因特异重组到叶绿体基因组中 ;二是运用叶
绿体 5-UTR 和 3-UTR 区序列、特异性启动子及终
止子,使目的基因能在叶绿体高表达[39];三是筛
选标记基因使外源基因能在叶绿体基因中实现同质
化[40]。因母系遗传是大多数植物叶绿体的遗传方式,
当外源基因整合到叶绿体基因组,极少会出现外源
基因随着花粉转移扩散到周围的环境中,可以解决
标记基因传播到野生亲缘品种中导致杂草获得此抗
性的危险。此外,目的基因表达有叶片组织的特异
性,所以几乎不会在转基因植物的果实中大量累积。
叶绿体转化技术适合于原核和真核植物基因的表达、
外源基因高效表达,可进行多基因转化,不易产生
基因沉默。因此,叶绿体转化技术在转基因植物的
应用具有广阔的前景。1988 年,人类首次成功运用
叶绿体 DNA 转化衣藻突变体。2011 年,Day 等[41]
报道了在广泛的植物种类中,叶绿体转化技术被证
实是可行的,高效的标记基因去除方法是质体工程
之中的一大亮点。但目前仍有一些问题尚未完全解
决 :一是细胞核与叶绿体间的基因流动问题 ;二是
叶绿体 DNA 稳定性问题。
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2 展望
为解决全球不断增长的粮食需求、保障经济可
持续的发展,转基因植物商业化种植的环境安全以
及食用安全仍会继续成为当今的焦点。研究者探索
了不同的技术策略来保障转基因植物的安全性,出
现多种多样的去除转基因植物中的选择性标记基因
的方法,为确保安全高效的去除标记基因的技术具
有重要的意义。以上所述的转基因植物标记基因去
除方法中,共转化系统法运用最早,方法较为成熟,
操作简单,运用较为广泛。位点特异性重组系统法
因其定点删除、重组频率高等特点,展现出广阔的
运用前景。去除标记基因技术仍在不断完善和改进
当中。选择何种方法应根据不同植物的特性以及各
方法的优缺点综合考虑。现代基因工程技术的不断
发展为解决转基因植物的安全性问题带来了新的解
决思路,研究者可以尝试运用多种系统方法联合使
用的形式来进行研究。转基因植物中,随机插入可
能会引起负面效应,内源基因突变及基因沉默是研
究者需要关注以及有待解决的关键。当今转基因植
物的食用安全问题和环境安全问题仍是该研究领域
有待解决的瓶颈问题。要善于运用发散思维、勇于
创新,以达到更为简单、高效和安全性更好的转基
因植物中选择性标记基因去除方法的目标,为实现
转基因植物安全性的进一步研究提供广阔的平台。
总之,转基因植物中标记基因的去除方法广泛运用
于农业、医疗卫生等行业大有潜能,我们也坚信用
其方法能为人类健康事业谋福利。
参 考 文 献
[1] James C. Global status of commercialized biotech/GM crops :
2012[R]. International Service for the Acquisition of Agri-biotech
Applications ISAAA, 2013.
[2]Kapusi E, Hensel G, Coronado MJ, et al. The elimination of a
selectable marker gene in the doubled haploid progeny of co-
transformed barley plants[J]. Plant Molecular Biology, 2013, 81
(1-2):149-160.
[3]郭敏亮 , 诸庆 , 高佃坤 . 产生无标记农杆菌突变体方法的建立
及优化[J]. 生物化学与生物物理进展 , 2009(5):556-565.
[4]单晓呋 , 李蓓 , 张举仁 . 利用 FLP/frt 重组系统产生无选择标记
的转基因烟草植株[J]. 生物工程学报 , 2006, 22(5):744-
750.
[5]王根平 , 杜文明 , 夏兰琴 . 植物安全转基因技术研究现状与展
望[J]. 中国农业科学 , 2014, 47(5):823-843.
[6] Komari T, Hiei Y, Saito Y, et al. Vectors carrying two separate T-
DNAs for co-transformation of higher plants mediated by Agrobacte-
rium tumefaciens and segregation of transformants free from selection
markers[J]. Plant J, 1996, 10(1):165-174.
[7] Miller M, Tagliani L, Wang N, et al. High efficiency transgene
segregation in co-transformed maize plants using an Agrobacterium
tumefaciens 2 T-DNA binary system[J]. Transgenic Research,
2002, 11(4):381-396.
[8]Romano A, Raemakers K, Bernardi J, et al. Transgene organisation
in potato after particle bombardment-mediated(co-)transformation
using plasmids and gene cassettes[J]. Transgenic Research,
2003, 12(4):461-473.
[9]Shiva Prakash N, Bhojaraja R, Shivbachan SK, et al. Marker-free
transgenic corn plant production through co-bombardment[J].
Plant Cell Reports, 2009, 28(11):1655-1668.
[10] Andrew PG, Cleofe N. Transposition mediated Re-positioning
and subsequent elimination of marker genes from transgenic
tomato[J]. Bio/Technology, 1993, 11(11):1286-1292.
[11] Yoder JI, Goldsbrough AP, et al. Transformation systems for
generating marker-free transgenic plants[J]. Bio/Technology,
1994, 12(3):263-267.
[12]洪林 , 闫晓红 , 刘正富 , 等 . A c / Ds 系统及其在油菜突变
体库构建中的应用策略[J]. 南方农业学报 , 2012, 43(6):
738-743.
[13]Krishnaswamy L, Zhang JB, Peterson T. Fusion of reverse-oriented
Ds termini following abortive transposition in Arabidopsis :implic-
ations for the mechanism of Ac/Ds transposition[J]. Plant Cell
Reports, 2010, 29(4):413-417.
[14]赵爱春 , 龙定沛 , 谭兵 , 等 . FLP/FRT 位点特异性重组系统在
高等真核生物中的研究进展[J]. 中国农业科学 , 2011, 44
(15):3252-3263.
[15] Li B, Li N, Duan X, et al. Generation of marker-free transgenic maize
with improved salt tolerance using the FLP/FRT recombination
system[J]. J Biotechnol, 2010, 145(2):206-213.
[16]Fladung M, Schenk TMH, Polak O, et al. Elimination of marker
genes and targeted integration via FLP/FRT recombination system
from yeast in hybrid aspen(Populus tremula L.×P. tremuloides
2015,31(5) 47郎遥玲等:转基因植物中标记基因去除方法的研究进展
Michx. )[J]. Tree Genetics and Genomes, 2010, 6(2):205-
217.
[17]Cregg JM, Madden KR. Use of site-specific recombination to
regenerate selectable markers[J]. Molecular and General
Genetics, 1989, 219(1-2):320-323.
[18]Khan R, Nakamura I, Mii M. Development of disease-resistant
marker-free tomato by R/RS site-specific recombination[J].
Plant Cell Reports, 2011, 30(6):1041-1053.
[19]Saelim L, Phansiri S, Suksangpanomrung M, et al. Evaluation of
a morphological marker selection and excision system to generate
marker-free transgenic cassava plants[J]. Plant Cell Reports,
2009, 28(3):445-455.
[20]Sugita K, Matsunaga E, Ebinuma H. Effective selection system for
generating marker-free transgenic plants independent of sexual
crossing[J]. Plant Cell Reports, 1999, 18(11):941-947.
[21]Hirano N, Muroi T, Takahashi H, et al. Site-specific recombinases
as tools for heterologous gene integration[J]. Applied
Microbiology and Biotechnology, 2011, 92(2):227-239.
[22]Zuo J, Niu QW, Moller SG, et al. Chemical-regulated, site-specific
DNA excision in transgenic plants[J]. Nature Biotechnology,
2001, 19(2):157-161.
[23] 杨平 , 蔡小宁 , 钟小仙 . 拟南芥 AtNHX1 基因克隆和 cre(lox)
植物表达载体构建[J]. 江苏农业科学 , 2007(6):356-358.
[24]郭霞 , 李莉 , 张毅 , 等 . 根癌农杆菌介导 Bt 基因转化水稻的研
究[J]. 生物学杂志 , 2009, 26(2):21-23.
[25]Khattri A, Nandy S, Srivastava V, et al. Heat-inducible Cre-lox
system for marker excision in transgenic rice[J]. J Biosci, 2011,
36(1):37-42.
[26]芦春斌 , 高忱 . 重叠 PCR 合成 HPV16 E6、E7 基因并构建植
物表达双元载体[J]. 生物技术通报 , 2011(4):143-146.
[27]尚玉花 , 李莉 , 陆徐忠 , 等 . 利用 Cre/loxP 系统删除转 Bt 基因
水稻中的选择标记基因[J]. 生物学杂志 , 2011, 28(2):5-8.
[28]Chong-Perez B, Kosky RG, Reyes M, et al. Heat shock induced
excision of selectable marker genes in transgenic banana bythe Cre-
lox site-specific recombination system[J]. J Biotechnol, 2012,
159(4):265-273.
[29]Maeser S, Kahmann R. The Gin recombinase of phage Mu can
catalyse site-specific recombination in plant protoplasts[J]. Mol
Gen Genet, 1991, 230(1-2):170-176.
[30] 杨东生 , 张研 , 张建会 , 等 . Cre/Loxp 重组酶系统与转基因[J].
安徽农业科学 , 2010, 38(8):3916-3918.
[31] Zou X, Peng A, Xu L, et al. Efficient auto-excision of a selectable
marker gene from transgenic citrus by combining the Cre/loxP
system and ipt selection[J]. Plant Cell Reports, 2013, 32(10):
1601-1613.
[32] García-Almodóvar RC, Petri C, Gonzale-Padilla IMG, et al.
Combination of site-specific recombination and a conditional
selective marker gene allows for the production of marker-free
tobacco plants[J]. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 2014,
116(2):205-215.
[33] Righetti L, Djennane S, Berthelot P, et al. Elimination of the
nptII marker gene in transgenic apple and pear with a chemically
inducible R/Rs recombinase[J]. Plant Cell, Tissue and Organ
Culturce, 2014, 117(3):335-348.
[34] 邹丽婷 , 宋洪元 . 噬菌体 phiC31 位点重组酶系统在植物转基
因中的应用[J]. 安徽农业科学 , 2014, 42(5):1298-1301.
[35]Ebinuma H, Nanto K, Kasahara S, et al. Marker-free gene targeting
by recombinase-mediated cassette exchange[J]. Methods Mol
Biol, 2012, 847 :379-390.
[36] Luo KM, Duan H, Zhao DG, et al. GM-gene-deletor :fused loxP-
FRT recognition sequences dramatically improve the efficiency of
FLP or CRE recombinase on transgene excision from pollen and
seed of tobacco plants[J]. Plant Biotechnol J, 2007, 5 :263-
374.
[37] 邹璐琳 , 魏建华 , 王宏芝 , 等 . 高效删除标记基因的 Bhlea2 植
物表达载体的构建[J]. 生物技术通报 , 2011(11):79-82.
[38]Nandy S, Srivastava V. Marker-free site-specific gene integration
in rice based on the use of two recombination systems[J]. Plant
Biotechnology Journal, 2012, 10(8):904-912.
[39]晁岳恩 , 吴政卿 , 杨会民 , 等 . 11 种植物 psbA 基因的密码子
偏好性及聚类分析[J]. 核农学报 , 2011, 25(5):927-932.
[40]巩智刚 , 周海鹏 , 徐芳 , 等 . 叶绿体转化及其应用于作物改良
研究的最新进展[J]. 核农学报 , 2012, 26(2):288-294.
[41]Day A, Goldschmidt-Clermont M. The chloroplast transformation
toolbox :selectable markers and marker remova[J]. Plant
Biotechnology Journal, 2011, 9(5):540-553.
(责任编辑 狄艳红)