全 文 ：·综述与专论· 2014年第9期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
筛选标记基因对于转基因作物的研究和生产至
关重要。自 20 世纪 80 年代第一株转基因植物产生
至今，筛选标记基因（如抗生素抗性和除草剂抗性
标记基因）所起到的作用有目共睹。如果没有这些
抗性标记基因，产生转基因作物基本是不可能的［1］。
随着植物转基因技术的迅速发展，大约 50 个标记基
收稿日期 ：2014-03-03
作者简介 ：刘戬丰，女，硕士，研究方向 ：作物遗传转化 ；E-mail: jianfeng.liu@syngenta.com
通讯作者 ：李相敢，男，博士，研究方向 ：作物遗传转化与分子生物学 ；E-mail ：xianggan.li@syngenta.com
甘露糖筛选体系及在转基因玉米商业化中的应用
刘戬丰  王艳丽  李相敢
（先正达生物科技（中国）有限公司 北京 102206）
摘 要 ： 甘露糖在己糖激酶的作用下形成 6-磷酸甘露糖，进一步在磷酸甘露糖异构酶（Phosphomannose isomerase，PMI）的
催化下转化成植物可利用的 6-磷酸果糖，从而使转化细胞在甘露糖作为主要碳源的培养基上正常生长，而非转化细胞生长受到抑
制。这一筛选体系被认为是一种正向筛选（Positive selection），已被成功地应用于重要的粮食作物和经济作物中。甘露糖筛选的植
株可以通过多种方法检测，其中氯酚红检测法和试纸条检测法简单方便，适用于初步筛选。甘露糖筛选体系安全高效，已被应用
于玉米商业化产品中。综述了甘露糖（mannose）筛选体系的原理、筛选特点、植株的鉴定、筛选方法的优缺点以及在商业化中的
应用，列举了利用甘露糖筛选的玉米单性状转化系用于抗鳞翅目和抗鞘翅目昆虫及抗高温淀粉酶的范例及其在育种叠加中的应用。
这种育种叠加使得甘露糖筛选的性状与其他性状重叠而得到更广谱的具有抗除草剂抗虫性状的商业化产品。
关键词 ： 磷酸甘露糖异构酶 筛选标记 安全性分析 转基因植物检测 甘露糖
Mannose Selection System and Its Commercial Application in
Transgenic Corn
Liu Jianfeng Wang Yanli Li Xianggan
（Syngenta Biotechnology China Co.，Ltd，Beijing 102206）
Abstract: Mannose can be converted into mannose 6-phosphate in cells and further converted into fructose 6-phosphate in transgenic
cells if phosphomannose isomerase（PMI）gene（manA）is introduced as a selection marker. The transformed cells can grow normally on the
media with mannose as main carbon source while the non-transformed cells are inhibited to grow. As a positive selection, Mannose / PMI system
has been applied to important food crops and important economic crops. The plants selected by mannose can be analyzed through a variety of
methods, including simple CPR test and convenient strip test. Mannose selection system is a safe and efficient platform suitable for commercial
applications. In this review, advances in mannose selection system with its mode of action, selection characteristics, methods of transgenic plants
analysis, advantages and disadvantages in transformation, as well as its applications in transgenic corn production and breeding stacks were
summarized. Successful examples to use Mannose / PMI selection system in corn to generate multiple single trait events for insect resistances and
high temperature resistant amylase, which have been breeding-stacked with other corn traits selected by different selection systems to provide
broad spectrum of herbicide resistance and insect resistance for higher commercial value were presented.
Key words: Phosphomannose isomerase Selection marker Safety analysis Transgenic plant assay Pmi（manA）
因被作为筛选标记引入到植物中［2］。
近年来，人们对转基因安全的疑虑更进一步加
深了对除草剂抗性和抗生素抗性基因作为标记基因
的争论。其中包括怀疑是否抗生素基因被其他物种
摄取而产生抗生素抗性，这种抗生素抗性可能会使
抗生素失效 ；其次怀疑抗除草剂基因可能会扩散到
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第9期14
杂草中去，会使该类除草剂失效。为减少对转基因
的争议和提高人们对转基因安全性的信心，甘露糖
筛选标记和筛选体系则成了很好的范例。这个筛选
体系已被广泛应用于植物转化中，是一种高效、安全、
环境友好型的筛选体系。
1 甘露糖筛选体系介绍
1.1 甘露糖筛选体系的原理
在 甘 露 糖 筛 选 体 系 中， 植 物 转 化 细 胞 和 非
转化细胞均可吸收培养基中的甘露糖，并在植物
内源［3］ 己糖激酶作用下自发［4］ 生成 6-磷酸甘露
糖。唯有转化细胞进一步在 6-磷酸甘露糖异构酶
（Phosphomannose isomerase，PMI）的作用下转化成 6-
磷酸果糖。如图 1 所示，甘露糖代谢成 6-磷酸果糖，
6-磷酸果糖进入糖酵解途径。编码 6-磷酸甘露糖异
构酶的基因是 manA，该基因首次从大肠杆菌中克
隆［5］。进一步研究发现，磷酸甘露糖异构酶也存在
于酵母、猪和人体中［3］。虽然人们推测在植物界可
能存在 PMI 的活性，如一些豆科植物能够在以甘露
糖作为唯一碳源的培养基上生存，但是到目前为止，
还没有直接从植物中克隆到类似于 manA 的基因。
转化细胞含有外源基因 manA 编码的磷酸甘露
糖异构酶，可以把 6-磷酸甘露糖转化为 6-磷酸果糖，
从而能够正常生长 ；未转化细胞不含有磷酸甘露糖
异构酶，不能把 6-磷酸甘露糖转化为 6-磷酸果糖，
导致 6-磷酸甘露糖大量积累并且消耗大量 ATP 和磷
酸根离子，抑制了糖酵解途径，从而生长受到抑制［6］。
在该筛选体系中转化细胞可以利用筛选剂甘露糖作
为碳源而非转化细胞不能利用甘露糖作为碳源，这
种利用碳源缺乏来抑制非转化细胞生长的筛选方法
为“正向筛选”［7］。在一些极端情况下，甘露糖的
存在可以导致愈伤组织的死亡。例如，在玉米转化中，
由幼胚诱导的愈伤组织在第 1 轮大约 2 周的甘露糖
筛选中，偶尔会见到变白、质地软化、已经死亡的
愈伤组织。
1.2 甘露糖筛选体系的特点
在甘露糖筛选体系中，除了需要加入筛选剂甘
露糖外，还需要补充一定比例的可直接利用的碳源
以提高筛选效果。Wright 等［8］在 2001 年玉米转化
试验过程中发现，在筛选和再生阶段，当培养基中
仅仅含有甘露糖一种碳源时，转化的细胞或植株难
以生长和分化成苗，需要配以一定含量的蔗糖。但
是，也有少数研究发现无需加入可直接利用的碳源，
如 Bahariah 等［9］在烟草和油棕［10］转化中，并未加
入其他碳源。他们在油棕的研究中发现，筛选培养
基甘露糖浓度为 30 g/L 且不加蔗糖时，得到的转化
效率最高。根据物种和品种等条件的不同，筛选培
养基中甘露糖浓度及其与补充碳源的配比有所不同。
对于拟南芥，甘露糖的工作浓度仅为 0.4 g/L［11］，而
水稻甚至高达 30 g/L［12］。甘露糖和补充碳源的比例
范围也很大，Todd 等［11］在拟南芥的转化中使用的
比例为 0.4∶10（g/L），而在 Bahariah 等转化烟草和
油棕时，完全没有加入其他可直接利用的碳源。甘
露糖和外加碳源的比例会直接影响到筛选效率和阳
性率，如 Wright 等在小麦转化试验中，添加蔗糖可
以大大提高筛选效率。甘露糖与蔗糖的比例取决于
不同的基因型，浓度范围在 5-20 g/L［8］。Feeney 等［13］
在大麻转化试验中也发现，试验所用的两个品种的
最适筛选压明显不同。
根据物种和基因型的不同，补充碳源的种类也
有差异。Joersbo 等［14］在甜菜转化试验中比较了添
加不同种类的补充碳源对于降低甘露糖抑制作用的
效果明显不同，其中葡萄糖的效果最好，优于麦芽
糖和果糖，蔗糖的效果居中。
甘露糖筛选体系可以利用多种类型外植体和多
种转化方法。例如，玉米甘露糖筛选体系通常采用
玉米幼胚、愈伤组织或原生质体作为外植体。转化
方法包括农杆菌法［15］、基因枪法［8］和原生质体法［16］。
图 2 简单描述了农杆菌介导的甘露糖筛选体系转化
玉米幼胚的流程。
图 1 甘露糖代谢原理
6-⼧䞨⭈䵢㌆н㜭࡙⭘Ⲵ⻣Ⓚ 6-⼧䞨᷌㌆ਟ࡙⭘⻣Ⓚ⭈䵢㌆н㜭࡙⭘Ⲵ⻣Ⓚ ᐡ㌆◰䞦
ATP ADP
⼧䞨⭈䵢㌆ᔲᶴ䞦˄PMI˅
2014年第9期 15刘戬丰等：甘露糖筛选体系及在转基因玉米商业化中的应用
1.3 转化植株的检测方法
由于 manA 基因在大多数植物中都不存在，所
以 该 基 因 可 以 通 过 常 规 方 法， 如 PCR、RT-PCR、
Southern 杂交、ELISA、氯酚红检测法（CPR）等方
法进行检测。此外，可以利用 PMI 在筛选体系中的
特点进行检测，如分光光度检测法和试纸条检测法。
本研究概括介绍如下两种简捷的非分子生物学方法。
1.3.1 氯酚红（chlorophenol red，CPR）检测法 当
pH6.0 向 pH5.0 变化时，pH 指示剂氯酚红从红色经
橙色变成黄色［17］。甘露糖代谢过程中可以使培养基
酸化，从而可以使用氯酚红筛选转基因植株。图 3
为利用氯酚红检测法对甘露糖筛选的玉米植株叶片
进行检测（未发表的数据），试验方法参照 Wright 等［8］
2001 年检测转基因玉米使用的方法。试剂酚氯红来
自美国 Sigma 公司，产品号为 199524-10G。该方法
已经被广泛地应用于不同转基因植物 PMI 的检测，
如小麦［8］、玉米［8］、水稻［18］、甜橙［19］、大麻［13］、
高粱［20］、硬粒小麦［21，22］、甘蔗［4］、夏堇［23］ 等。
必须指出，该种方法也可用于其他筛选体系，如草
铵膦筛选［17］。只要植物材料在有筛选剂的培养基中
能代谢糖分，使培养基酸化，就可以使用该种方法。
同时应该注意到，植物材料应该是无菌的，从温室
中所取的材料可能被微生物污染而产生假阳性。
1.3.2 试纸条检测法 该试剂盒采用双抗体夹心模
式。结合显色剂的 PMI 蛋白特异性抗体被耦合到侧
向流试纸条上。当试纸条被放置在含有 PMI 蛋白质
的少量植物组织提取液时，耦合的抗体会和蛋白质
结合。不是所有结合显色剂的抗体会和蛋白形成双
抗体夹心。试纸条薄膜上包含两个结合区，其中一
个结合 PMI 蛋白；另一个结合显色剂。当三明治和 / 或
未反应的显色剂在特定区域中被捕获时，这些结合
区显示微红色。试纸条只显示一条线（对照线），表
示是假阳性样品，显示两条线则表示为阳性样品。
如图 4 所示为供应商提供的商品说明（图 4-A）以
及本实验室试纸条检测分析结果实例（图 4-B）。供
试商品来自美国公司 Strategic Diagnostics Inc.，产品
1 ：农杆菌侵染 ；2 ：幼胚和农杆菌共培养 ；3 ：愈伤诱导 ；4 ：甘露糖筛选 ；
5 ：愈伤组织在含有甘露糖的培养基上再生 ；6 ：转化苗在不含有甘露糖的
培养基中生根
图 2 农杆菌介导甘露糖筛选的玉米转化流程
1
6
2 3
4 5
A
B
C
D
1 2 3 4 5 6
A1 样品为非转基因的阴性对照，其余为筛选后的植株 ；其中 A3、C4、D6
与阴性对照相同为深红色，且 ELISA 检测呈阴性，故为假阳性植株 ；B3 和
C6 呈桔黄色，且 ELISA 检测呈阳性，故为阳性植株；其余均为阳性植株（颜
色标识见电子版）
图 3 CPR 检测转基因玉米叶片结果
BA
C2 D2 E2 F2 G2 H2 A3 B3 C3 D3 E3 F3 G3 H3 A4 B4 C4 A12 B12
ሩ➗㓯
PMIỰ⍻㓯 ሩ➗㓯PMIỰ⍻㓯
a b c
A ：未发生反应 ；B ：PMI 阴性 ；C ：PMI 阳性 ；由左至右 C2 和 D2 为阴性对照 ；E2-B12 为转基因植株，其中 A12 和 B12 均只有对照
条带显色且 ELISA 检测呈阴性，故为假阳性 ；E3 条带虽略浅，但 ELISA 检测呈阳性，故为阳性植株 ；其余均为阳性植株
图 4 试纸条检测分析的范例和结果
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第9期16
名称为 Seed PMI Test Strips，产品号为 7000052。
氯酚红检测法和试纸条检测法操作简单，结果
直观，可以用于转基因植株初步筛选。此外使用多
种检测方法不仅可以相互验证阳性植株，同时也可
分析由不同方法所产生数据的相关性。例如，对 81
个 T0 玉米植株采用了 Taqman、qRT-PCR、ELISA、
氯酚红和试纸条法检测，其中 73 株在所有 5 种检测
方法中表现为一致，吻合率接近 90%（数据未发表）。
2 甘露糖筛选体系的评价
2.1 甘露糖筛选体系技术上的优势
2.1.1 转化效率高 自甘露糖筛选体系成功应用于
植物转化以来，诸多研究者利用该体系在不同作物
中获得较高转化效率（表 1）。Joersbo 等［24］报道了
在甜菜转化中，用甘露糖筛选的转化效率是用卡那
霉素筛选的 10 倍。Wright 等［8］报道了在玉米转化
试验中，甘露糖筛选体系得到的转化效率是除草剂
Basta（活性成分是草丁膦）筛选的 4 倍。Gao 等［20］
在农杆菌介导高粱转化的试验中，得到比其他几个
作者利用不同筛选标记和转化方法都高的转化效率。
表 1 近年来利用甘露糖筛选的报道
作物 转化方法 转化效率 参考文献
甜菜 农杆菌介导法 0.94% ［24］
玉米 基因枪法 45% ［8］
小麦 基因枪法 ≥ 20% ［8］
甜橙 农杆菌介导法 3%-23.8% ［19］
高粱 农杆菌介导法 2.88%-3.30% ［20］
洋葱 农杆菌介导法 / 基因枪法 27% / 23% ［25］
杏树 农杆菌介导法 6.8% ［7］
马铃薯 农杆菌介导法 53.3% ［26］
生菜 农杆菌介导法 25% ［27］
兰花 农杆菌介导法 21% ［28］
豇豆 农杆菌介导法 3.6% ［29］
水稻 农杆菌介导法 54.8% ［30］

2.1.2 应用广泛 目前，很多研究者将甘露糖筛选
体系应用于多种植物转化中。Stoykova 等［3］在 2011
年总结了比较详尽的列表，这些植物包括谷物（水
稻、玉米、高粱、小麦、珍珠稷和硬粒小麦）、蔬菜
（番茄、黄瓜、辣椒、马铃薯、生菜、洋葱和大白菜）、
水果（杏树、番木瓜、甜橙、柑橘和苹果树）以及
其他一些经济作物（亚麻、大麻、鹰嘴豆、油菜籽、
甘蔗和甜菜）和模式植物（拟南芥、蓝猪耳和常绿
草）。本研究在此补充如下植物，烟草［9］、长寿
花［31］、文心兰［28］、油棕［10］和豇豆［29］。
2.2 甘露糖筛选体系的安全性评价
前人做过很多研究，对甘露糖筛选体系进行了
安全性评价。从筛选剂本身来讲，甘露糖可以作为
食品添加剂，对人体无害 ；并且对植物生长也没有
直接的副作用，只是大部分植物不能直接利用甘露
糖作为碳源从而导致饥饿，进而抑制生长，这种对
生长的抑制作用可以通过添加蔗糖来减轻［15］。同时，
Wang 等［16］通过对果糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和
蔗糖对玉米愈伤诱导和生长的研究表明 ：玉米愈伤
组织不能利用甘露糖作为碳源。其进一步的研究结
果显示，在添加的总糖量为 20 g/L 时，3 种处理方法
（20 g/L 蔗糖、15 g/L 蔗糖 +5 g/L 甘露糖和 10 g/L 蔗糖
+10 g/L 甘露糖）对玉米愈伤生长没有显著影响，说
明甘露糖对玉米愈伤组织没有直接毒性，而是由于
引起饥饿而抑制生长［16］。近年来，随着除草剂和抗
生素抗性基因作为筛选标记应用于植物转化，引起了
人们对环境和自身安全的疑虑，而甘露糖筛选体系
则成为了很好的选择。Reed 等［6］对玉米转化植株
T0 代进行一系列研究，对纯化的 PMI 蛋白进行了过
敏性评价和毒性分析，及其农艺性状及谷物成分分
析，结果表明，PMI 蛋白对于哺乳动物毒理和过敏
反应方面都没有副作用，这种蛋白很容易在模拟的
胃液和肠液中被消化，并且与已知的过敏基因没有
同源性，也没有其他过敏基因所共有的 N-糖基化序
列，对植物的农艺性状及营养成分也没有负面影响。
现以先正达公司商业化转化系 5307 为例重点
描述甘露糖筛选的安全性评估［32］。该转化系已通过
美国政府部门的审批和商业化之前的安全性评估。
5307 玉米转化系是将抗虫基因 eCry3.1Ab 经甘露糖
筛选体系引入玉米得到的商业化产品。eCry3.1Ab 蛋
白可以抗玉米根萤叶甲（Diabrotica vergifera virgifera
Leconte）、 长 角 叶 甲（D. longicornis barberi Smith
and Lawrence）和墨西哥玉米根虫（D. virgifera zeae
Krysan and Smith）。5307 是利用农杆菌介导法转化自
交系 NP222 幼胚产生的。转化载体为 pSYN12274，
其 T-DNA 区域包含目的基因 ecry3.1Ab 和筛选基因
2014年第9期 17刘戬丰等：甘露糖筛选体系及在转基因玉米商业化中的应用
pmi 两个部分。转基因在玉米中插入部位的核苷酸
序列分析表明 ：5307 含有完整的单拷贝 T-DNA，靠
近 pmi 基因的左边界（Left border）有 8 个碱基的缺
失，这种断裂在农杆菌介导的转化中很常见，并且
这个缺失对插入片段的功能没有影响［32］。另外，还
检测到插入片段整合在基因组过程中引起了玉米基
因组 33 个碱基的缺失，生物信息学分析表明，这段
缺失并未影响已知的玉米内源基因［32］。
在研发过程中，除对目的基因表达进行大量研
究外，就 PMI 蛋白特性尤其安全性进行了测试［32］。
将大肠杆菌 K-12 中分离的 pmi 基因克隆到可诱导的
过表达载体 pET-24a 上，并将此载体转化到大肠杆
菌菌株 BL21（DE3）RP 中过表达产生 PMI 蛋白。过
表达产生的 PMI 蛋白与玉米 5307 中产生的 PMI 蛋白
的氨基酸序列相同。分析两种 PMI 蛋白分子量、免
疫活性和酶活性，证实两种蛋白产物在生物化学和
功能上没有区别。所以，重组大肠杆菌产生的 PMI
蛋白可以替代 5307 中的 PMI 蛋白进行安全性研究。
对 该 产 品 PMI 的 安 全 性 评 估 的 结 论 总 结 如
下［32］：（1）manA 基因来源于大肠杆菌 K-12，这种
细菌无处不在而且无致病性，由该基因编码的蛋白
质 PMI 无毒性。（2）生物信息学分析表明，PMI 391
个氨基酸序列没有与任何已知毒素明显相似的序列。
（3）小鼠急性口服毒性研究中没有发现 PMI 的负面
效应。（4）PMI 在模拟哺乳动物胃和肠中容易被消
化，表明具有低致敏性。（5）进一步的生物信息学
分析表明，PMI 氨基酸序列没有和已知的或者推测
的过敏原相似。（6）PMI 可在 65℃及以上的温度下
通过加热灭活。（7）PMI 蛋白在 5307 玉米中不被糖
基化，相同的 PMI 蛋白在其他转基因玉米品种中也
不会被糖基化。（8）对潜在致命性过敏原的分析，
结果表明 PMI 不太可能是过敏原而且也不太可能与
其他过敏原发生交叉反应。
良好的作用机制、物理化学特性和安全性分析
结果表明 5307 中表达的 eCry3.1Ab 和 PMI 蛋白对哺
乳类动物无害［32］。对实验室、温室、生长箱和大田
中的 5307 玉米调查证实，种子、花粉、植物表型或
成分都没有变化，这些结果显示 5307 的植物有害指
数没有改变。美国多个大田粮食和饲料成分评估结
果表明 5307 玉米在成分上相当于与其对应的传统玉
米，并与其对应的传统玉米一样有营养价值。在美
国玉米不具有杂草特性或与野生近缘亲属杂交的特
性，这些特性在 5307 玉米中并没有发生改变。
2.3 甘露糖筛选体系的缺点
甘露糖筛选体系的特点决定了其筛选的特殊性。
在筛选过程中，不仅要加入合适浓度的甘露糖，还
需补充一定量的可直接利用碳源。并且根据物种、
基因型等的不同，不仅需要不同的筛选压，还需配
以不同种类以及不同浓度的补充碳源以提高筛选效
率。所以，在对某一特定基因型植物进行遗传转化
研究或生产中，优化筛选培养基配方是一项比较费
时的工作。
过去的研究表明甘露糖筛选不能用于可能具有
内源磷酸甘露糖异构酶活性的植物，如大豆及一些
其他豆科植物。当未转化的材料放置于仅含有甘露
糖作为唯一碳源的培养基上，这些植物材料的生长
不会受到抑制，因为这些植物可以代谢甘露糖，从
而使这一筛选体系几乎无效。人们试图寻找对甘露
糖敏感的大豆品种，或者利用突变的方法产生甘露
糖敏感的突变体，从而使得甘露糖筛选体系可以在
豆科作物中得以推广。然而，最近的一些研究表明
豆类植物利用甘露糖筛选体系不是没有可能的。如
目前已有报道，利用甘露糖筛选体系转化大豆［33］、
鹰嘴豆［34］和豇豆［29］，但在其他豆科植物中尚未见
报道。图 5 是转化鹰嘴豆的检测结果，显色比较明
显［34］。未来的研究将更进一步证明这种筛选技术在
1 2 3 4 5 C
1-5 ：转基因植株 ；C ：阴性对照
图 5 氯酚红法检测鹰嘴豆分析结果
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第9期18
豆科植物中的应用前景。
3 甘露糖筛选体系的应用
自 1996 年世界上第一例转基因植物商业化以
来，全球转基因技术和转基因作物商业化得到快速
的发展。转基因作物种植面积从 1996年-2012 年增
长 了 100 倍， 由 170 万 hm2 增 长 至 1.7 亿 hm2， 这
是 前 所 未 有 的 突 破（http ：//www.isaaa.org/）。 基 于
甘露糖筛选体系转化效率高及安全性等优点，该筛
选体系已经被先正达公司应用于商业化高质量产
品的开发。目前已上市产品中，AgrisureTM Viptera、
AgrisureTM RW、EnogenTM 等 产 品 都 含 有 manA 基
因（产品信息来自先正达公司网站）。表 2 所示为
该公司利用农杆菌转化法导入单个目的基因的商品
化 转 化 系 信 息（http ：//www.isaaa.org/）。 包 括 转 化
系 MIR162、MIR604、3272 和 5307，以及对应转化
系编码、商品名称和导入基因功能。例如，MIR162
（Agrisure VipteraTM） 转 化 系 在 阿 根 廷 可 以 有 效 地
控制阿根廷玉米的主要害虫草地夜蛾（Fall army
worm）、 甘 蔗 螟 虫（Dugarcane borer）、 螟 蛉（Corn
earworm）以及其他鳞翅类危害玉米的害虫（www.
syngenta.com，Syngenta Media Release，2011）。 表 2
中的信息证明 PMI 筛选的有用性与其生物安全性。
同时先正达公司利用转化系育种叠加技术（Breeding
stack）将这些甘露糖筛选转化系与其他筛选方法
产生的转化系性状叠加（比如草铵膦和草甘膦抗性
等）形成抗虫抗除草剂的复合型产品（表 3）。这些
叠加系可以根据需求将不同数量的转化系叠加在一
起。 比 如 MIR162×MIR604×GA21 是 3 个 转 化 系
叠加的结果，而 PMI 位点出现 2 次，因为 MIR162
和 MIR604 具有 PMI 筛选标记位点。再如 5307 ×
MIR604 × Bt11 × TC1507 × GA21× MIR162 是 6
个转化系叠加到一起，而 PMI 筛选标记位点次数出
现 3 次，因为 5307、MIR162 和 MIR604 都具有 PMI
筛选标记位点。从表 3 信息中可以看出，这些叠加
性状更多地取决于商业要求，而不取决于筛选标记
基因 . 例如，MIR162×GA21，MIR604×GA21 都具
有抗虫和抗除草剂性状，这些性状叠加在一起，使
得产品更具有市场竞争能力。必须指出，表中列出
的并不是所有的叠加系，有更多的叠加系根据商业
化需求而产生，如 Bt11×MIR162×GA21 这个叠加
转化系具备了抗虫和抗除草剂抗性双重抗性，这个
叠加系已经上市并且在阿根廷释放（www.Syngenta.
com，Syngenta Media Release，2011）。这些叠加系进
一步证明了不同筛选方法产生的叠加系所具备的商
业性。表 4 所列为先正达和其他公司用不同筛选标
记产生的转化系，包括 EPSPS 和 PAT 筛选标记。这
些转化系被用于与 PMI 筛选的转化系叠加产生多种
抗性的叠加系。PMI 转化系与 EPSPS 或 PAT 转化系
相匹配进一步地表明公司之间的协作，使得最好的
性状用于商业上最大范围的推广，并保证最好的性
表 2 甘露糖筛选的商品化玉米转化系示例
转化系名称 转化系编码 商品名称 导入目的基因 导入基因的功能 研发者
MIR162 SYN-IR162-4 AgrisureTM
Viptera
抗虫基因 vip3Aa20 抗鳞翅目昆虫，伤害其中肠 先正达公司
MIR604 SYN-IR6Ø4-5 AgrisureTM RW 抗根甲虫 mcry3A 抗甲根虫，选择性伤害其中肠 先正达公司
3272 SYN-E3272-5 EnogenTM 高温耐性淀粉酶 amy797E 提高淀粉酶在分解淀粉过程中的温敏性，提高生
物酒精的产量，降低生产成本
先正达公司
5307 SYN-Ø53Ø7-1 Agrisure®
DuracadeTM
抗虫基因 ecry3.1Ab 抗甲根虫和鳞翅目昆虫，选择性伤害其中肠系统 先正达公司
状具有广阔的市场竞争力。
4 结语
自甘露糖筛选体系被成功应用以来，在短短不
到 20 年间得到了迅速发展，不仅广泛应用于作物的
遗传转化研究中，更重要的是被应用于转基因产品
的商业化中。依赖于其安全高效的特点而开发出的
优良品种，对世界粮食安全起着重要作用。
参 考 文 献
［1］Ramessar K, Peremarti A, Gómez-Galera S, et al. Biosafety and risk
2014年第9期 19刘戬丰等：甘露糖筛选体系及在转基因玉米商业化中的应用
assessment framework for selectable marker genes in transgenic
crop plants ：a case of the science not supporting the politics［J］.
Transgenic Research, 2007, 16（3）：261-280.
［2］Miki B, McHugh S. Selectable marker genes in transgenic
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表 3 商业化甘露糖筛选的玉米转化系的育种叠加示例
转化系名称 重叠的转化系 转化系编码 PMI 位点出现的次数
MIR162 MIR162 SYN-IR162-4 1
MIR162×GA21 SYN-IR162-4 × MON-ØØØ21-9 1
MIR162×MIR604×GA21 SYN-IR162-4 × SYN-IR6Ø4-5× MON-ØØØ21-9 2
MIR604 MIR604 SYN-IR6Ø4-5 1
MIR604×GA21 SYN-IR6Ø4-5 × MON-ØØØ21-9 1
TC1507 × MIR604 ×NK603 DAS-Ø15Ø7-1× SYN-IR6Ø4-5× MON-ØØ6Ø3-6 1
TC1507 × 59122 × MON810 × MIR604 ×NK603 DAS-Ø15Ø7-1× DAS-59122-7 × MON-ØØ81Ø-6 ×
SYN-IR6Ø4-5 × MON-ØØ6Ø3-6
1
3272 3272 SYN-E3272-5 1
3272 × Bt11 SYN-E3272-5 × SYN-BTØ11-1 1
3272 × Bt11 x GA21 SYN-E3272-5 × SYN-BTØ11-1 × MON-ØØØ21-9 1
3272 × BT11× MIR604 × GA21 SYN-E3272-5 × SYN-BTØ11-1 × SYN-IR6Ø4-5 ×
MON-ØØØ21-9
2
5307 5307 SYN-Ø53Ø7-1 1
5307 × MIR604 × Bt11 × TC1507 × GA21 SYN-Ø53Ø7-1 × SYN-IR6Ø4-5 × SYN-BTØ11-1 ×
DAS-Ø15Ø7-1 × MON-ØØØ21-9
2
5307 × MIR604 × Bt11 × TC1507 × GA21 ×
MIR162
SYN-Ø53Ø7-1 × SYN-IR6Ø4-5 × SYN-BTØ11-1×
DAS-Ø15Ø7-1 × MON-ØØØ21-9 × SYN-IR162-4
3
表 4 与甘露糖筛选的转化系叠加的商业化玉米系
转化系名称 转化体编码 商品名称 导入基因 导入基因的功能 研发者
GA21 MON-ØØØ21-9 Roundup ReadyTM Maize，AgrisureTMGT mepsps 抗草甘膦除草剂 孟山都
NK603 MON-ØØ6Ø3-6 Roundup ReadyTM 2 Maize cp4 epsps（aroA ：CP4） 抗草甘膦除草剂，草甘膦不能
与 CP4 结合
孟山都
TC1507 DAS-Ø15Ø7-1 HerculexTM I，HerculexTM CB cry1Fa2 ；pat 抗鳞翅目昆虫，选择性伤害其
中肠系统 ；抗草铵膦除草剂
陶氏和杜邦
59122 DAS-59122-7 HerculexTM RW cry34Ab1 ；
cry35Ab1 ；pat
抗根甲虫，选择性伤害其中肠
系统 ；抗草铵膦除草剂
陶氏和杜邦
MON810 MON-ØØ81Ø-6 YieldGardTM，MaizeGardTM cry1Ab ；goxv247 ；
cp4 epsps（aroA ：CP4）；
nptII
抗鳞翅目昆虫，选择性伤害
其中肠系统 ；分解草甘膦成
AMPA 和乙醛酸（goxv247）；
抗草甘膦（CP4）；抗新霉素和
卡那霉素（nptII）
孟山都
Bt11 SYN-BTØ11-1 AgrisureTM CB/LL cry1Ab ；pat 抗鳞翅目昆虫，选择性伤害其
中肠系统 ；抗草铵膦除草剂
先正达
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2014年第9期20
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（责任编辑 狄艳红）