全 文 ：·综述与专论· 2011年第12期
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
亚麻外源基因遗传转化研究进展
温昕 邵铁梅 李雪 焦展 孔卫娜 安胜军
（河北化工医药职业技术学院 河北省高校生物反应器与蛋白类药物开发应用技术研发中心，石家庄 050026）
摘 要 : 亚麻作为重要的经济作物，其遗传转化研究对亚麻新品种的选育工作具有重要意义。分析亚麻遗传转化方
法、提高转化效率及转化组织筛选等方面，重点从抗除草剂基因、抗病基因、抗重金属逆性基因、改善亚麻纤维质量基
因, 以及改善亚麻油质量基因方面综述亚麻遗传转化外源基因的研究和应用进展，并讨论亚麻遗传转化过程中存在的问题
和解决策略。
关键词 : 亚麻 遗传转化 外源基因
Progress on Genetic Transformation of Foreign Gene in Flax
Wen Xin Shao Tiemei Li Xue Jiao Zhan Kong Weina An Shengjun
(Bioreactor and Protein Drug Research and Development Center of Hebei Universities,
Hebei Chemical and Pharmaceutical College, Shijiazhuang 050026)
Abstract: Flax as an important industrial crop, genetic transformation was of great significance to improve the new variety breeding of
flax. This review analyzed the methods of genetic transformation, the improvement of transformation efficiency and the selection of transformed
tissue in flax. It emphatically introduces the exogenous gene types of herbicide resistance gene, disease resistance gene, stress-tolerance gene for
heavy metal remediation, improving the quality of flax fiber flax genes and improving the quality of flax oil genes in genetic transformation of flax,
and finally the problems and solving strategies in genetic transformation in flax were discussed.
Key words: Flax Genetic transformation Foreign gene
收稿日期 ： 2011-07-01
基金项目 ： 河北省科学技术研究与发展计划项目（09276418D-1），河北省教育厅自然科学研究指令项目 (2008432)，国家教育部留学回国人
员科研启动基金（2008 年）资助项目
作者简介 ：温昕，男，硕士，讲师，研究方向 ：植物基因工程 ；E-mail ：wenxin767@163.com
通讯作者 ：安胜军，男，教授，E-mail ：shengjunan@yahoo.com
近几年，亚麻 (Linum usitatissimum L.) 作为重要
的纤维作物和油料作物，在全球温带、寒温带地区
广泛种植。我国油用亚麻主要分布在内蒙古、甘肃、
宁夏及河北等地，而纤维用亚麻主要分布在黑龙江
和吉林两省。亚麻纤维作为天然生物材料具有强韧、
柔软、透气性和吸湿性好的特点，但是由于弹性差、
纤维产率低限制了其广泛应用。亚麻籽油 (linseed
oil) 富含对人类健康有益的长链不饱和脂肪酸，其代
谢产物具有降血压、降血脂、抑制过敏反应、抗血
栓和抗癌等重要的作用。因此，提高亚麻纤维质量，
增加亚麻油中有益成分的含量显得尤为重要。
由于有用种质资源的匮乏以及有性杂交不亲和
的原因，传统育种技术很难在短时间内提高亚麻品
质，而转基因技术能实现多种外源基因的转入。其
编码多种功能酶调节植物代谢产物的合成途径，或
者使原有的基因沉默从而抑制非目的基因的表达，
可达到目的基因超表达的目的，为亚麻的遗传育种
提供了一条新的途径［1］。1986 年，美国的亚麻研究
机构就颁布了关于农杆菌介导亚麻转基因项目的初
步研究情况。Basiran 等［2］报道了首例转基因亚麻，
他们采用根癌农杆菌介导转化的方法由下胚轴诱导
的愈伤组织，将 nptII 基因和 nos 基因成功转入亚麻。
此后，亚麻遗传转化方法、提高转化效率、转化组
织筛选及外源基因挖掘等方面取得了长足发展。许
多研究小组针对不同的外源目的基因开发出一系列
抗除草剂、抗病、提高纤维质量和改善亚麻籽油质
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量和产量的转基因亚麻，与此同时亚麻遗传转化技
术得到了进一步的完善和发展。
1 亚麻遗传转化方法
目前已成功实现亚麻遗传转化并获得转化植株
的方法有农杆菌介导法、基因枪法和花粉管通道法。
农杆菌介导法 (Agrobacterium-mediated transfo-
rmation) 是利用农杆菌通过侵染植物伤口进入细胞
后，其中的 Ti 质粒和 Ri 质粒的 T-DNA 插入到植物
基因组中，实现外源基因转化的方法。与其他植物
转化方法相比，农杆菌介导法转化亚麻具有较高的
转化效率、多为单拷贝插入模式和后代遗传稳定性
好等优点，是亚麻遗传转化中采用的主要方法，也
是最为成熟、高效的转化手段［3, 4］。同时 , 超声波［5］
或聚乙二醇［6］辅助的新型农杆菌介导法也发展迅速。
根癌农杆菌的 Ti 质粒中 Vir 基因的活性，Ti 质粒与
农杆菌染色体背景之间的相互作用，能够影响 T-DNA
从农杆菌转移到亚麻细胞的转化过程［7］。此外，目
前用于亚麻遗传转化的农杆菌菌株有 ：胭脂碱型、
章鱼碱型和农杆碱型，但是并没有详细试验结果指
出不同的农杆菌菌株在亚麻外源基因转化中的差异。
基因枪法 (biolistic method) 具有无宿主限制、快
速、简便的优点。利用金衣包裹质粒 DNA 轰击亚麻
下胚轴，实现了目的基因片段的瞬时表达，并且其
后代可稳定的遗传。外植体的预培养时间、轰击距离、
真空度、DNA，以及微粒的大小与遗传转化效率密
不可分［8］。随后，Drexler 等［9］采用了上述报道的
基因枪法评价了 4 种假定亚麻种子特异性表达启动
子的表达效率，进一步发展了亚麻基因枪法。
花粉管通道法（pollen-tube pathway）直接导入
外源基因技术是在 20 世纪 80 年代建立并发展起来
的，并且在棉花、小麦和水稻中都得到了遗传后代。
该法的最大优点是不依赖组织培养再生植株，技术
简单。对亚麻这方面的报道较少，仅刘燕等［10］初
步探索了外源 DNA 导入的基本方法和时间。
2 提高遗传转化效率的策略
提高遗传转化效率除了需要选择合适的外植
体、菌株及培养时间等条件外［1］，还可以增加受体
材料的创伤面积和数量、调节菌液 OD 值和光照时间、
采用聚乙二醇（PEG）辅助农杆菌介导法等。
2.1 增加受体材料的创伤面积
提高亚麻转化效率的重点在于如何适当地增
加外植体的伤口，不仅有利于农杆菌进入深层组
织，提高了农杆菌侵染活力，而且有效地刺激表皮
组织提高不定芽的再生频率。但是，亚麻下胚轴创
伤面积小，产生抗性不定芽的几率大大降低。Dong
等［3］通过剥去下胚轴表皮增大侵染面积，并优化
外植体预培养时间、共培养时间，将亚麻的遗传转
化效率提高到 13%，并有效地减少了基因逃逸的发
生。值得一提的是，为了更有效地增加亚麻下胚轴
创伤面积，Beranov 等［5］首次报道了成功利用超声
辅助农杆菌介导法 (SAAT) 提高亚麻转化效率。他们
将亚麻的下胚轴浸于携带 mgfp5-ER 基因的农杆菌
菌液中，然后利用超声波脉冲在亚麻外表皮产生大
量微小伤口，最终转化效率可达到 0.88%-2.73%。
SAAT 法已经在其他植物上取得成功 , 例如 , 甜桔
(Citrus sinensis L. Osbeck)、玉米 (Zea mays L.)、南瓜
(Cucurbita moschata Duch.) 和花生 (Arachis hypogaea L.)
等。SAAT 法解决了农杆菌介导法转化效率低的问题，
是获得转基因植物的又一可靠方法。但是，高强度
和过长时间的超声波处理会损伤外植体和核基因组
DNA，降低转化效率。
2.2 OD值和光照时间
用于侵染的菌液 OD600 值和培养愈伤的光照时
间也是影响亚麻不定芽再生频率和转化效率的重要
因素。以下胚轴作为外植体，农杆菌菌液 OD600 值
为 1.2 时，农杆菌繁殖过剩，导致下胚轴严重软腐，
芽的再生频率和转化效率极低［11］，最优的 OD600 值
为 0.6 左右。Caillot 等［12］研究了亚麻愈伤培养过程
中使用弱光照和强光照对愈伤的分化能力、不定芽
的再生速度、转化效率的影响，结果发现光照强度
增强显著提高了愈伤组织的分化能力，加速了抗性
芽的再生速度，抑制基因漂移的发生，且转化效率
由 0.12% 提升为 5.7%。
2.3 PEG辅助农杆菌介导法
由于原生质体单细胞容易吸收外源 DNA，使基
因转化相对容易，但亚麻原生质体再生植株困难，
限制了这项技术的应用。PEG 辅助农杆菌介导法不
仅提高了亚麻采用农杆菌介导法转化效率，而且减
温昕等 ：亚麻外源基因遗传转化研究进展
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2011年第12期16
少了嵌合体的发生。Ling 等［6］首先建立了原生质体
高效再生体系，采用 PEG 辅助农杆菌介导法直接转
化原生质体，成功得到了转基因植株。
2.4 其他
双元表达载体系统包括两个质粒，一个是带
有 T-DNA 的微型质粒（双元 Ti 载体），一个是缺失
了 T-DNA 区域，但带有 vir 基因的辅助质粒。与早
期通常采用的共整合载体相比，它不依赖两个质粒
之间的同源序列，也不依赖共整合过程就能独立复
制，有效地提高了亚麻遗传转化的遗传效率［13］。此
外，乙酰丁香酮（AS）、芥子酸等物质对农杆菌菌
株质粒 vir 基因的活性有较为广泛的活化作用。在共
培养培养基中加入 50-200 mmol/L 的 AS，与未加入
AS 的共培养培养基相比，亚麻的转化效率并未发现
提高［11］。尽管芥子酸能激活某些 Ti 质粒 Vir 区的活
性，但是将 100-200 mmol/L 的 AS 加入农杆菌菌株
C58C1 的培养基中，亚麻的转化效率无明显变化［14］。
虽然 Ti 质粒、植物的品系、外植体的状态及 AS 的
浓度对转化效率的提高均有较大影响，但是鲜见此
类物质成功提高亚麻转化效率的报道。
3 转化组织的筛选
转化组织筛选在植物遗传转化中具有重要意
义。一般使用抗生素 ( 如卡那霉素、奇霉素和潮霉
素 B)、除草剂 ( 如草甘膦、磺酰尿类除草剂和草丁膦 )
达到筛选目的。此外，用糖类代谢酶基因作为筛选
标记基因筛选转化亚麻也得到了快速发展。
3.1 抗生素标记基因
转基因亚麻一般广泛使用 nptII 作为筛选标记
基因，使得被标记植物对氨基糖苷类抗生素 ( 如卡
那霉素 ) 具有抗性［1-3, 5, 12-15］。卡那霉素对亚麻不定
芽的再生存在显著的抑制作用，Laine 等［15］详细研
究了结冷胶、琼脂以及二者混合使用的不同浓度与
卡那霉素筛选效率的关系，证明结冷胶降低了卡那
霉素对非抗性不定芽的抑制作用，降低了筛选效率，
同时指出在不同的筛选阶段选择合适的胶凝剂尤为
重要。但是，卡那霉素对亚麻细胞的渗透作用较差，
不定芽为假阳性或者嵌合体的几率较高。随后，筛
选标记基因 aadA 编码氨基糖苷 -3- 腺苷酸转移酶成
功用于亚麻转化组织的筛选。利用转化亚麻对奇霉
素 ( 氨基环醇类抗生素 ) 具有抗性的特点，在培养
基中加入较低浓度的奇霉素就可达到筛选的目的。由
于奇霉素在转化组织之间渗透性、流动性均优于卡那
霉素，因此它具有更为精确和高效的筛选效率［11, 16］。
此外，筛选标记基因 hph 编码潮霉素 B 转磷酸酶，
使转化植株对潮霉素 B 具有抗性，且潮霉素 B 的工
作浓度较低［4, 17］。
3.2 除草剂标记基因
由于含抗生素标记基因的转基因植物食品存在
使某些微生物或人类产生抗生素的抗性等安全问题，
所以除草剂作为筛选剂可能是更好的选择。早期亚
麻的研究中，McHughen 研究组［18］ 在亚麻中转入
epsp、als 和 pat 作为标记基因，分别使转化亚麻对
草甘膦、氯磺隆和草胺磷除草剂产生抗性。
3.3 磷酸甘露糖异构酶/甘露糖筛选体系
选用磷酸甘露糖异构酶 / 甘露糖筛选体系，可
获得比抗生素、除草剂更高的转化效率，并且糖类
代谢酶标记基因安全、试剂廉价，对环境和人类健
康无任何损害，有望成为亚麻转化研究中的主要筛
选体系。pmi 基因编码磷酸甘露糖异构酶作为糖酵
解抑制剂，使 D-甘露糖-6-磷酸转化为果糖-6-磷酸，
抑制非转化细胞的生长，从而达到筛选的目的［19］。
3.4 其他
利用绿色荧光蛋白标记细胞内质网方法亦可有
效提高筛选效率和监测转化细胞和组织。Bleho 等［4］
利用发根农杆菌和根癌农杆菌转化亚麻，并采用抗
生素筛选和绿色荧光蛋白融合目的基因方法共同筛
选 , 两种农杆菌侵染却得到了截然不同的结果。利
用荧光立体显微镜发现由发根农杆菌侵染的愈伤组
织为正常抗性组织，而由根癌农杆菌侵染的愈伤组
织细胞内质网结构遭到破坏，呈现孤立的碎片和一
些球状结构。这也是根癌农杆菌侵染的愈伤组织再
生的不定芽均不是抗性芽的原因所在。本实验室与
Bleho 研究组得到了相似的结果 , 由根癌农杆菌侵染
特定品种亚麻下胚轴，得到的不定芽均不是抗性芽，
仅能得到抗性愈伤组织。
此外，在植物遗传转化中，外源基因随机插入
的拷贝数目随转基因方式不同而不同。一般为单拷
贝时基因的表达效率最高，多个拷贝时基因表达效
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率降低甚至沉默。Grohmann 等［20］报道了利用 Real-
time PCR 通过扩增转基因亚麻中一段特异性基因检
测‘CDC Triffid’ FP967 的新方法。目前，检测转基
因拷贝数所采用的 Southern 杂交技术受 DNA 所占的
比例、探针的大小和比活性等多方面影响很大，且
试验周期较长。与之相比，Real-time PCR 法高效、
准确，有效降低了假阳性出现几率，即使低拷贝数
转化植株也能获得正确结果，为后续工作中检测转
基因植株提供了一条新途径。
4 亚麻外源基因遗传转化进展
近年来，应用于亚麻遗传转化的外源基因包括
抗除草剂、抗病、改善纤维质量、改善亚麻油质量
和抗逆等基因。
4.1 抗除草剂基因
抗除草剂亚麻是最早开始研究和商业化的转基
因植物之一。最早，McHughen 研究组用根癌农杆
菌介导的方法成功获得抗草甘膦除草剂的转基因亚
麻［18］，但是转化效率较低。随后，发现并不是所有
抗性转化愈伤得到的再生芽均为抗性转化芽［21］，而
利用改良后的转化方法，通过增加外植体预培养使
转化效率大幅提高，得到了两个对氯磺隆除草剂具
有抗性的亚麻品种。虽然转化方法得到改进，但转
化效率还处在较低水平。Dong 等［3］延长共培养时
间为 5-7 d，延长预培养时间但不超过 6 d，且外植
体下胚轴剥去大部分表皮之后，预培养 2-3 d，然后
共培养 7 d，最后使用较高的卡那霉素筛选浓度有效
的提高转基因效率，且有效的控制了基因逃逸和嵌
合体的产生。在此基础上，McHughen 研究小组又获
得 14 种抗磺酰尿类除草剂的转基因亚麻［22］。随后，
McHughen 等［23］将草胺磷基因转入亚麻中，同时对
植物本身不产生任何毒性，并开始了抗草胺磷转基
因亚麻进行了大田试验。之后，向美国 FDA 申请注
册转基因亚麻“Triffid”，1998 年得以批准，最终到
2001 年因为“Triffid”以卡那霉素筛选标记基因存
在潜在的环境危害，在加拿大亚麻协会的压力和欧
洲消费者的抵抗下撤出市场。此外，Yemets 等［24］
以 pBITUBA8 为载体构建携带 Tuam1 和 HvTUB1 两
种表达微管蛋白基因的质粒，利用农杆菌介导转化
亚麻下胚轴，通过 PCR 和 Southern blotting 验证，获
得了乐福平 ( 二硝基苯胺类除草剂 ) 抗性苗。
4.2 抗病基因
亚麻的传统育种主要局限于使亚麻减产的真菌
病害，主要有锈病、炭疽病和枯萎病等。通过基因
工程实现亚麻抗病特性一直是人们关注的热点。在
亚麻上实施抗真菌病害基因转化研究的主要有几丁
质酶、兔防御素 NP-1、β-1,3- 葡聚糖及 L2、L10 和
N 等外源基因。
众所周知，亚麻锈病菌 (Melampsora lini Ehrenb.
Lev.) 引起的亚麻锈病和山尖孢镰刀菌亚麻专化型 (F.
oxysporm f. sp．Lini) 引起的亚麻枯萎病是亚麻生产
中的两大主要真菌病害。王毓美等［25］报道了首先
建立了亚麻遗传转化再生体系，并采用农杆菌介导
法将携带几丁质酶基因及 nptII 基因的 Ti 质粒转入
亚麻基因组中。苑志辉等［26］采用携带 nptII 基因、
35S 启动子、nos 终止子及目的基因兔防御素 NP-l 的
农杆菌侵染亚麻外植体，经 Southern 检测获得了两
株阳性转化株，与未转化株相比其抗病能力明显提
高。Wróbel-Kwiatkowska 等［27］ 获得了表达 β-1,3-葡
聚糖酶的转化亚麻，其对真菌病原菌的抵抗力比非
转基因植株高出 3 倍，而且纤维中木质素和碳水化
合物含量明显降低，这对提高亚麻纤维沤制产率和
提高纤维抗真菌能力十分有利。
类黄酮是植物的第二大代谢产物，不仅可以
提高植物的抗氧化能力和抵抗 UV 辐射能力，还提
高植物的抗真菌病原菌能力。Lorenc-Kukuła 等［17］
构建了多基因共表达载体使转化亚麻超表达，3 种
cDNA 分别编码 3 种类黄酮、查尔酮合成酶、查尔
酮异构酶和二氢黄酮醇还原酶。转化亚麻提高了植
株的抗氧化性和果胶、半纤维素含量，这两方面使
转化株对抗真菌病原菌入侵的能力得到显著提升，
同时 , 意外的发现伴随着亚麻抗氧化性的提高，单
不饱和脂肪酸和木酚素含量均有提高［28］。为进一步
研究类黄酮作为抗氧化剂提升亚麻对抗真菌病原菌
能力，Lorenc-Kukuła 等［29］ 又克隆 cDNA 编码马铃
薯源糖基转移酶 SsGT1，并成功转入亚麻。研究结
果表明 , 转化亚麻中 SsGT1 的超表达提高了类黄酮
的稳定性，导致黄酮苷类物质的大量富集，使得转
化亚麻对抗真菌病原体的能力显著提高。
温昕等 ：亚麻外源基因遗传转化研究进展
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此外，Lawrence 研究组率先采用玉米转座子标
签技术，筛选分离出 4 种抗锈病等位基因，即 L6、M、
N 和 p2。但是，转化亚麻中转座子因子 Ac 与 L6 基
因相连接，则导致玉米转座子 Ac 会导致细胞染色体
L6 基因缺失，增加其后代丧失 L6 基因活性的几率。
Ellis 等［30］报道了亚麻的抗锈病基因 L6 有 12 个等
位基因，并分析了不同的基因抗病转化性有所差异
的原因。亚麻 L6 等位基因是一种核苷结合位点——
亮氨酸重复序列区 (nucleotide binding site- leucine rich
repeat, NBS-LRR) 基因，使得亚麻对非病原性锈病菌
株具有抗性。一些突变和重组的 L6 等位基因能改
变 NBS 区中蛋氨酸 - 组氨酸 - 天冬氨酸 (methionine-
histidine-aspartate，MHD) 的模体结构，或者使短的 C-
末端与 LRR 区发生交换。相对于正常植株来说，矮
化植株也能对抗亚麻锈病，这些非特异性的对抗和
亚麻感染位点的高敏感性是分不开的［31］。Chen 等［11］
在 L6 遗传背景下，通过花药培养得到表达 L2、L10
等位基因的转化植株，并经连续的后代分析得到包
含单一位点的纯合品系转化植株，且利用传统杂交
技术得到了两种转基因型的后代。这些工作对开发
具有多重特异性抗性的亚麻，防止锈病蔓延具有重
要意义。
许多关于抗病外源基因转基因亚麻的报道，有
效提高了亚麻抗病特性，对亚麻新品种的培育工作
具有借鉴作用。
4.3 改善纤维质量基因
亚麻纤维是一种木质纤维，其中 70% 为纤维素，
还有半纤维素、果胶和木质素等。木质素在植物体
内的存在，使植株具有一定的硬度和力学性能，但
过量的木质素使得亚麻纤维与棉花纤维相比具有较
差的弹力性能，极大地影响了纤维的沤制产率和亚
麻纤维织物的质量。
改善亚麻纤维的弹性性能，同时保持纤维具有
一定的硬度，目前可采用以下两种途径。
一是降低亚麻纤维中的木质素含量。利用核糖
核酸干扰技术，使肉桂醇乙醇脱氢酶 ( 下调 ) 活性
降低，直接导致木质素含量降低，从而亚麻纤维的
机械性能得到大幅提升。美中不足的是亚麻对尖孢
镰刀菌的敏感度提高了两倍左右，但经检测尖孢镰
刀菌的存在可有效缩短了亚麻纤维的沤制时间［32］。
为了有效控制木质素的合成，分析转化细胞的细胞
壁成分，Day 等［33］研究了亚麻次生木质部中咖啡
酰辅酶 A O-甲基转移酶 (CCoAOMT) 下调基因的表
达与木质素含量和细胞结构的关系。试验结果表
明，基因的下调促使亚麻中木质素含量大幅降低，
木质素片段形态和木质部细胞结构发生改变，同时
发现了细胞壁形成机制与木质素的特殊结构、转化
亚麻 CCoAOMT 蛋白之间存在重要联系。一般认为，
CCoAOMT 调控仅 3 甲基化反应，而在转化亚麻中
CCoAOMT 同样可以调控 5 甲基化反应形成 S 单元。
这不仅为研究细胞壁的构成奠定基础，而且有利于
进行细胞鉴定。因此，如何更有效地降低木质素的
含量，更准确地控制木质素的合成途径是一项重要
课题。
二是利用转基因技术在纤维中表达聚羟基丁酯
（PHB）。PHB 是一种无毒、可生物降解、热塑性能
好的亲水性高分子材料，但相比其他传统的高分子
塑料价格昂贵。因此，利用转基因技术在亚麻纤维
中表达 PHB，为改善亚麻纤维的弹性性能提供了理
想途径。Wróbel 等［34］首先成功将 3 种基因转入亚麻，
使得转基因亚麻中 PHB 含量提高了 70 倍，同时避
免了因 PHB 积累过多对植株产生不利影响。转化亚
麻纤维的弹性模量的平均值是未转基因亚麻纤维的
两 倍。 在 此 基 础 上，Wróbel-Kwiatkowska 等［35］ 利
用转基因技术使亚麻表达 3 种基因编码 β- 酮硫解酶
（phb A），乙酰乙酰基 -CoA 还原酶（phb B）和 PHB
合成酶（phb C），致使亚麻茎内富集大量 PHB （3.80
μg/g），纤维强度、弹性性能大幅提高，同时代谢产
物 ( 如木质素、果胶和半纤维素等 ) 大幅下降直接促
进了亚麻纤维的沤制产率的提高。还发现酚醛酸类
物质的含量升高，有利于降低亚麻对尖孢镰刀菌的
敏感性。
为了解决亚麻纤维在沤制过程中操作复杂，时
间较长的缺点，Musialak 等［36］在不影响纤维木质素
和纤维素含量的基础上，使亚麻超表达聚半乳糖醛
酸 酶 (PGI) 和 Rhamno galacturonase (RHA) 在 很 大 程
度上降低了亚麻纤维内果胶的含量，同时沤制效率
提高了两倍，沤制时间大大缩短，但植株的生长速度、
可溶性糖和淀粉含量稍有改变。另外，RHA 和 PGI
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使转化亚麻对尖孢镰刀菌具有较弱的敏感性，这与
亚麻中酚酸含量的升高密不可分。
基于改善纤维质量的亚麻转基因已不仅仅局限
于研究阶段，研究者已经对含转基因亚麻纤维的医
用敷料和 PHB 转基因亚麻纤维复合材料的组织适
应性和肌肉组织功能进行了初步探索。Skorkowska-
Telichowska 等［37］将抗氧化成分转基因亚麻纤维首
先应用于医用敷料制备。含抗氧化成分的医用敷料
促使伤口加速愈合，有效减少伤口渗出物，减轻病
人疼痛感。此外，PHB 转基因亚麻纤维与聚乳酸
(PLA) 基质组成的复合材料比 PLA 或 PHB 材料显示
出更加优良的生物相容性，且使血小板几乎没有聚
集现象发生［38］。利用定量 RT-PCR 方法鉴定复合材
料对动物的基因表达 ( 如生长因子、 成骨分化，特别
是 mRNA 表达血管内皮生长因子，胰岛素样生长因
子Ⅰ和Ⅱ、胶原蛋白Ⅰ和Ⅱ ) 和肌肉组织功能未发
现任何不良影响［39］。因此，转基因亚麻纤维在制备
生物医疗装备方面具有巨大的潜在应用价值。
4.4 改善亚麻油质量基因
亚麻油具有降血压、降血脂、软化血管及提高
免疫力等功效。自从 20 世纪 60 年代中期始，人们
对亚麻油的需求大幅增长，为了提高亚麻油的生理
活性，研究人员开发了一系列转基因亚麻的新品种。
ω-3 长链不饱和脂肪酸，例如二十碳五烯酸
(EPA, 20 5n3)、二十二碳六烯酸 (DHA, 22 6n3)，被
广泛认为有益于人类健康。这些未饱和脂肪酸均可
通过人类自身将饮食中的 α- 亚麻酸 (ALA, 18 3n3)
合成，但合成效率低下。亚麻籽是 ALA 的重要来源，
可通过基因工程将亚麻修饰为合成生产 EPA 和 DHA
的植物生物反应器。例如，Abbadi 等［40］将编码脂
肪酰基脱饱和酶和延伸酶基因转入亚麻，使种子中
表达富集大量 ALA 和约 5% 的二十碳四烯酸 (AA，
20 4n6)、EPA。
木脂素是一类生理调节物质。亚麻籽中富含
木脂素类物质，其中以异落叶松树脂酚二葡萄糖苷
(SDG) 为最主要的活性成分。亚麻中的落叶松树脂
醇还原酶 (PLR) 基因是 SDG 合成过程中的关键基因。
Hano 等［41］利用农杆菌介导法将 plr 基因转入亚麻
中，在种子的发育过程中 plr 基于表达十分活跃，但
与 SDG 在种衣中富集的部位关系十分密切。
类胡萝卜素作为人类营养、健康食品中的重要
成分具有十分重要的意义。人体自身不能合成类胡
萝卜素，必须通过外界摄入，但类胡萝卜素在许多
植物中含量较低。Fujisawa 等［42］将茄红素合成基
因 crtB 转入亚麻中，获得 8 株转化植株。crtB 基因
编码酶催化香叶酰香叶酰二磷酸盐合成茄红素，进
而茄红素由内源性类胡萝卜素合成酶催化下缓慢分
解为下游代谢产物，如叶黄素、α-胡萝卜素和 β-胡
萝卜素。新鲜转化亚麻种子中类胡萝卜素含量可
达 65.4-156.3 μg/g，相对于未转化亚麻含量提高了
7.8-18.6 倍。在亚麻中，一般认为 CaMV 35S 启动
子在叶子、根部及种子中具有较高的表达效率，而
Fujisawa 研究组的结果表明 CaMV 35S 启动子仅在亚
麻种子中表达，目前此类报道较少。
4.5 抗重金属逆性基因
重金属污染可直接或者间接的危害环境和人类
健康，植物修复 (phytoremediation) 是解决此问题的
方法之一。但现存土壤中重金属的浓度会对植物本
身产生极大危害，亚麻耐重金属基因工程的发展有
效解决了这一问题，并通过植物修复被重金属离子
污染的水系和土壤。转基因亚麻体内的谷胱甘肽既
是植物螯合肽的前体物，又能对许多重金属离子 ( 如
砷、汞和镉等 ) 具有吸纳、根滤、降解和稳定的作
用。谷氨酰半胱氨酸合成酶 (γ-ECS) 和谷胱甘肽合成
酶 (GS) 是谷胱甘肽合成过程中最关键的两个合成酶。
Najmanova 等［43］通过 γ-ECS 和 GS 的超表达合成谷
胱甘肽，提高了亚麻对 Cd 的耐受性和吸纳能力。
5 结语
亚麻作为一种重要的多用途作物，其外源基因
的遗传转化研究远落后于棉花、油菜等纤维作物和
油料作物，其面临的问题主要有 ：（1）遗传转化体
系不完善，转化效率低，基因沉默和嵌合体现象，
基因型依赖性强。（2）缺少真正用于生产的外源基因，
尤其是改善亚麻纤维质量和亚麻油质量的基因。（3）
环境安全性问题。
随着下胚轴、花药、未成熟胚、原生质体及子
叶等为外植体的组织培养再生体系的建立和完善，
包括农杆菌介导在内的多种转基因方法的进步 , 以
温昕等 ：亚麻外源基因遗传转化研究进展
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2011年第12期20
及转基因技术的合理化和精确化改善了环境安全问
题，亚麻的转基因研究定会取得长足发展。鉴于生
物技术在基因修饰、品种改良方面的巨大应用潜力 ,
以及亚麻作为纤维和油用作物的重要性日益显现，
相信更多的转基因亚麻品系会相继问世。
参 考 文 献
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（责任编辑 狄艳红）
温昕等 ：亚麻外源基因遗传转化研究进展