現(xiàn)代生物技術(shù)在甘薯育種中的應(yīng)用

摘要：現(xiàn)代生物技術(shù)攻克了過去在甘薯（Ipomoea batatas）育種中無法解決的難題。誘變育種、細(xì)胞工程、分子標(biāo)記和基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)已在甘薯選育、品質(zhì)改良、增強(qiáng)抗病蟲性等方面上發(fā)揮了非常重要的作用。綜述了誘變育種、細(xì)胞工程、分子標(biāo)記和基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)在甘薯育種中的研究與利用概況。

關(guān)鍵詞：甘薯（Ipomoea batatas）；現(xiàn)代生物技術(shù)；育種；誘變育種；細(xì)胞工程；分子標(biāo)記；基因工程

中圖分類號：S531；Q789 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）11-2721-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.001

Application of Modern Biotechnology in Ipomoea batatas Breeding

YANG Han1，CHAI Sha-sha2，SU Wen-jin2，LEI Jian2，WANG Lian-jun2，SONG Zheng2，LIU Yi3，YANG Xin-sun2

（1.College of Plant Science and Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China；2. Institute of Food Corps， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China；3. Agronomy College， Yangtze University， Jingzhou 434023， Hubei， China）

Abstract：The modern biotechnology has overcome the difficulties which could not be solved in the past in Ipomoea batatas breeding.Mutation breeding， cell engineering， molecular markers，genetic engineering etc.， are playing very important roles in Ipomoea batatas breeding for high yield， good quality，resistance to diseases and pests and other characteristics.The research and utilization of mutation breeding， cell engineering，molecular markers and genetic engineering in Ipomoea batatas breeding are reviewed in this paper.

Key words：Ipomoea batatas； modern biotechnology； breeding； mutation breeding； cell engineering； molecular marker； genetic engineering

甘薯（Ipomoea batatas）屬旋花科甘薯屬，為一年生或多年生蔓生草本，是中國的重要糧食作物、飼料作物和新型生物能源作物，具有極高的經(jīng)濟(jì)價值。甘薯含有60%～80%的水分，10%～30%的淀粉（支鏈淀粉含量高，易被人體消化吸收），5%左右的糖分，還富含人體必需的多種維生素（VA、VE、VB1、VB2、VC等）、氨基酸（賴氨酸含量較高）、蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維以及鈣和鐵等多種礦物質(zhì)。甘薯中的活性化學(xué)物質(zhì)（脫氫表雄酮）可以抑制癌癥和預(yù)防癌細(xì)胞增殖[1]。因此，培育出高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的品種及各類不同用途和種類的品種如食用、加工用、飼料用、莖尖菜用等[2]具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是由于甘薯的高度雜合性、雜交不親和性、遺傳資源匱乏、遺傳基礎(chǔ)狹窄、優(yōu)異近緣野生種利用困難和病蟲害、病毒病危害嚴(yán)重[3]，極大地制約了甘薯的生產(chǎn)和發(fā)展。但傳統(tǒng)育種模式周期長，品種改良進(jìn)度緩慢，難以滿足發(fā)展需求。生物育種是目前應(yīng)用推廣最為迅速的技術(shù)，它突破了傳統(tǒng)育種的局限性，有利于加速培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆、廣適的新品種。本文重點(diǎn)介紹近年來幾種主要生物技術(shù)，包括誘變育種、細(xì)胞工程、分子標(biāo)記輔助選擇育種和基因工程在甘薯育種中的發(fā)展與應(yīng)用。

1 誘變育種

甘薯是一種無性繁殖作物，其自然變異和人工誘變產(chǎn)生的變異，是甘薯育種重要的變異來源，因此誘變育種一直是甘薯育種的一條重要途徑，也是發(fā)展比較早的一種技術(shù)。

在自然條件下，由于外界環(huán)境的變化和遺傳結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，植物本身會發(fā)生自發(fā)突變，但是這類突變發(fā)生的頻率較低。自然變異突變體的選擇、鑒定是甘薯種質(zhì)創(chuàng)新的主要途徑。張連順等[4]從抗薯瘟病的閩抗329中選育出了兼抗蔓割病、藤蔓旺盛的閩抗330，張永濤等[5]、李培習(xí)等[6]分別從高抗根腐病的徐薯18芽變體中選育出了兼抗莖線蟲病的臨選1號和富貴1號。

輻射誘變的方式包括χ射線、60Co處理、80 Gy γ射線處理、搭載返回式衛(wèi)星進(jìn)行空間誘變處理等。但誘發(fā)突變的方向難以控制，有利突變頻率不夠高。通過輻射誘變育種加以多年篩選獲得了比較好的品種如較徐薯18高抗黑斑病的品系農(nóng)大601[7]和抗線蟲擴(kuò)展、薯皮色同質(zhì)、干物率高、食味優(yōu)、高胡蘿卜素突變體及淀粉類型和紫色素類型育種材料[8]。

化學(xué)誘變具有專一性強(qiáng)、突變頻率高，突變范圍大的特點(diǎn)，為多基因點(diǎn)突變，誘變后代的穩(wěn)定過程較短，可以縮短育種年限。Luan等[9]用EMS處理魯薯8號愈傷組織，并通過離體篩選，獲得3個耐鹽突變體株系（ML1，ML2，ML3）。王鳳保等[10]用0.05%秋水仙素和2%二甲基亞砜混合水溶液處理秦薯1號甘薯種子，選育出高產(chǎn)、高淀粉、低β-淀粉酶活性、高蛋白質(zhì)、高鐵、早熟的短蔓型甘薯新品種短蔓3號。王芳等[11]用0.5% NaN3處理澳大利亞Au1990sp紫甘薯的胚性細(xì)胞團(tuán)，選育出品種適應(yīng)性廣、產(chǎn)量高、品質(zhì)佳、抗性強(qiáng)的甬紫薯1號。

2 細(xì)胞工程

甘薯細(xì)胞工程主要有體細(xì)胞胚發(fā)生、原生質(zhì)培養(yǎng)、細(xì)胞懸浮培養(yǎng)、莖尖分生組織培養(yǎng)等，在種質(zhì)資源創(chuàng)新、新品種選育和脫毒苗工廠化生產(chǎn)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前主要通過莖尖誘導(dǎo)體細(xì)胞胚胎的植株再生。利用甘薯莖尖培養(yǎng)誘導(dǎo)得到胚性愈傷后，通過液體振蕩懸浮培養(yǎng)可以迅速增殖，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)、基因槍、電激等方法研究甘薯的遺傳轉(zhuǎn)化。在此過程中，常常會出現(xiàn)自發(fā)變異，通過對這些突變體進(jìn)行篩選，也可以用于甘薯新品種選育[12]。

甘薯容易侵染的病毒和類病毒種類較多，加上甘薯屬于無性繁殖作物，病毒能夠在植株體內(nèi)不斷增殖積累，使甘薯病毒病的危害逐年加重，造成了大幅度的減產(chǎn)。利用甘薯莖尖病毒含量低或不帶病毒的特點(diǎn)，通過莖尖分生組織培養(yǎng)可以生產(chǎn)甘薯無毒苗。脫毒甘薯增產(chǎn)效果顯著，根莖葉生長旺盛，光合效率高，抗逆能力強(qiáng)[13]。經(jīng)檢測確定為不帶病毒的組培苗可以進(jìn)行快繁和原種生產(chǎn)。

3 分子標(biāo)記輔助選擇育種

分子標(biāo)記在甘薯遺傳育種中的應(yīng)用是利用標(biāo)記將不同甘薯品種DNA序列上的多態(tài)性體現(xiàn)出來，可利用其進(jìn)行種質(zhì)鑒定、基因定位、遺傳圖譜構(gòu)建和輔助育種等并最終應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。在作物遺傳改良過程中，形態(tài)標(biāo)記、細(xì)胞學(xué)標(biāo)記和同工酶標(biāo)記等已很難滿足對它們的基因組進(jìn)行更詳細(xì)研究的需要。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種基于DNA多態(tài)性的分子標(biāo)記技術(shù)，在甘薯育種中應(yīng)用較多的是RAPD、AFLP、ISSR、SCAR和SNP等。

3.1 構(gòu)建甘薯分子遺傳圖譜

由于甘薯的遺傳背景較復(fù)雜，對甘薯基因組的研究較滯后，分子標(biāo)記的數(shù)量和種類相對匱乏，分子遺傳圖譜的構(gòu)建要落后于水稻、玉米等作物。Kriegner等[14]在2003年用AFLP技術(shù)構(gòu)建了首張甘薯遺傳連鎖圖，632個母本標(biāo)記和435個父本標(biāo)記分別排列在Tanzania的90個連鎖群和Bikilamaliya的80個連鎖群上，共定位了1 100個AFLP標(biāo)記，平均遺傳距離為5.9 cM。隨著甘薯栽培種轉(zhuǎn)錄組測序的完成和分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展，李愛賢等[15]在2010年利用SRAP標(biāo)記構(gòu)建了漯徐薯8號和鄭薯20連鎖圖譜，漯徐薯8號的81個連鎖群由473個SRAP標(biāo)記組成，總圖距為5 802.46 cM，標(biāo)記間距為10.16 cM，鄭薯20的66個連鎖群由328個SRAP標(biāo)記組成，總圖距為3 967.90 cM， 標(biāo)記間距為12.02 cM。Zhao等[16]在2013年利用AFLP和SSR標(biāo)記構(gòu)建了徐781（高抗莖線蟲?。┖托焓?8（高抗莖線蟲病）的連鎖圖，徐薯18的90個連鎖群含有1 936個AFLP和141個SSR標(biāo)記，總圖距為8 184.5 cM，標(biāo)記間距為3.9 cM；徐781的90個連鎖群含有1 824個AFLP和130個SSR標(biāo)記，總圖距8 151.7 cM，標(biāo)記間距為4.2 cM。這也是到目前為止標(biāo)記密度最高、基因組覆蓋率最廣的甘薯栽培品種分子標(biāo)記遺傳圖譜。

3.2 繪制指紋圖譜，鑒定甘薯品種

甘薯是一種無性繁殖作物，其品種數(shù)量多、同種異名、同名異種的情況比較普遍，在甘薯的生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)品種間混淆的情況，使得品種鑒定困難，影響品種的改良和育種。隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，DNA分子標(biāo)記技術(shù)已成為指紋圖譜構(gòu)建和品種鑒定的主要方法。指紋圖譜能夠在分子水平上鑒別生物個體之間的差異，可以有效克服形態(tài)和生化上的局限性，是甘薯品種鑒別的重要工具，在生產(chǎn)實(shí)踐上具有重要意義。

目前用來作DNA指紋圖譜的標(biāo)記主要有RAPD、SSR、ISSR、AFLP、SRAP等。Arthur等[17]應(yīng)用RAPD標(biāo)記分析在美國8個州種植的甘薯品種“Jewel”的無性系，發(fā)現(xiàn)其中5個的多態(tài)性譜帶在7.1%～35.7%之間，表明RAPD標(biāo)記可以檢測無性系中的變異。王紅意等[18]研究表明通過RAPD標(biāo)記產(chǎn)生的指紋圖譜可以將30個中國甘薯主栽品種分為3類。羅忠霞等[19]采用EST-SSR標(biāo)記，利用2對引物將52份甘薯品種區(qū)分開，建立了52份甘薯品種的指紋圖譜。季志仙等[20]利用ISSR技術(shù)對不同引物獲得的指紋圖譜進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)利用2對引物即可將供試的17份甘薯品種區(qū)分為4類。蒲志剛等[21]利用AFLP技術(shù)通過五對引物構(gòu)建出47個品種南瑞苕的指紋圖譜，將其分為5類。張安世等[22]利用SRAP技術(shù)通過2對引物構(gòu)建出22種甘薯品種的DNA指紋圖譜，將其分為7類，隨后又利用ISSR技術(shù)通過3對引物將22種甘薯品種分為4類[23]。

3.3 甘薯基因定位和DNA分子標(biāo)記輔助選擇育種

甘薯許多重要的農(nóng)藝性狀如塊根產(chǎn)量、品質(zhì)（淀粉含量、胡蘿卜素含量）、抗病性（莖線蟲病、根腐病和黑斑?。┑榷紝儆诙嗷蚩刂频臄?shù)量性狀，在甘薯分子連鎖圖譜的基礎(chǔ)上，對重要農(nóng)藝性狀進(jìn)行QTL定位，進(jìn)而克隆相關(guān)性狀的主效基因，是甘薯育種研究的重要方向。DNA分子標(biāo)記輔助選擇育種具有方便、快捷、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，且較少受季節(jié)、發(fā)病條件、發(fā)育條件、鑒定方法等因素的限制，可以在低世代進(jìn)行早期選擇，更適合目前育種的需要。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于甘薯的育種研究中。

Ukoskit等[24]利用甘薯易感根線蟲病品種與抗根線蟲病品種雜交，用760個RAPD引物對2親本和F1分離群體進(jìn)行分析，篩選出1個抗根線蟲病的基因。柳哲勝[25]用RAPG法和改進(jìn)的SSAP技術(shù)對農(nóng)大603和徐薯18的基因組進(jìn)行抗莖線蟲病相關(guān)基因的分析，結(jié)果顯示由片段54設(shè)計(jì)的引物在抗病和感病品種之間擴(kuò)增出多態(tài)性帶，推測片段54是與甘薯抗莖線蟲病有關(guān)的RGA（Resistance gene analog），并得出甘薯MIPS基因可能與甘薯抗莖線蟲病有關(guān)。周忠等[26]對高抗莖線蟲病的徐781和高感莖線蟲病的徐薯18的后代進(jìn)行抗病性鑒定和RAPD分析，得到與抗莖線蟲病基因相連鎖的RAPD標(biāo)記OPD0l-700，經(jīng)證明，該標(biāo)記可作為甘薯抗莖線蟲病輔助育種的分子標(biāo)記，并在甘薯育種尤其是抗病品種選育中發(fā)揮較大的作用。王欣等[27]利用對高抗親本徐781和高感親本徐薯18的F1分離群體的161個品系進(jìn)行OPD01-700的克隆和測序，成功地將OPD689標(biāo)記轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記，初步驗(yàn)證結(jié)果與田間鑒定結(jié)果基本一致，初步建立了甘薯抗莖線蟲病育種分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)。袁照年等[28]以金山57×金山630的雜交F1分離群體為材料，按F1單株抗性分群，建立薯瘟病抗病池和易感池，分別以其為模板進(jìn)行RAPD分析，結(jié)果顯示其中S213-500在抗感池和易感池間顯示多態(tài)性，可以作為抗Ⅰ型薯瘟基因的連鎖標(biāo)記，在鑒定甘薯抗I型薯瘟病方面具有應(yīng)用價值。蘇文瑾等[29]在已有的高抗根腐病品種徐薯18與高感品種勝利百號F1分離群體抗性鑒定的基礎(chǔ)上，采用分離群體混合分析法（BSA）與AFLP技術(shù)相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)顯性標(biāo)記Eco（45）-Mse（45）與感病基因連鎖，對甘薯抗根腐病的遺傳改良具有指導(dǎo)意義。蒲志剛等[30]以南薯88等12個抗感黑斑病品種為材料，建立了甘薯黑斑病的AFLP分子標(biāo)記體系，并用該體系找到了與甘薯抗黑斑病緊密相關(guān)的特異性DNA片段，為甘薯抗黑斑病分子標(biāo)記輔助育種奠定了基礎(chǔ)。

吳潔等[31]利用甘薯高淀粉品種綿粉1號和甘薯低淀粉品種紅旗4號雜交F1代分離群體采用SRAP分子標(biāo)記，將1個與淀粉含量相關(guān)的QTL定位到綿粉1號遺傳圖的第三連鎖群上。蒲志剛等[32]利用甘薯高淀粉品種綿粉1號與甘薯低淀粉品種紅旗4號雜交F1代分離群體，在綿粉1號遺傳圖的第二連鎖群上檢測到E1M7-2可作為淀粉的臨近QTL。李愛賢等[33，34]以高淀粉、低胡蘿卜素含量的甘薯品種漯徐薯8號和低淀粉、高胡蘿卜素含量的甘薯品種鄭薯20雜交得到的F1分離群體，采用SRAP分子標(biāo)記的方法在父本鄭薯20的Z31連鎖群上檢測到1個與淀粉含量相關(guān)的QTL，并檢測到17個與甘薯β-胡蘿卜素含量相關(guān)的QTLs，其中10個定位在鄭薯20圖譜上，7個定位在漯徐薯8號圖譜上。

3.4 甘薯轉(zhuǎn)錄組測序和分子標(biāo)記的開發(fā)

轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）操作簡單，不局限于已知的基因組序列信息，可獲得低豐度表達(dá)基因，具有通量高、靈敏度高、成本低及應(yīng)用領(lǐng)域廣等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄組研究是基因功能與結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)，利用新一代高通量測序，能夠快速全面地獲得某一物種目標(biāo)細(xì)胞在某一特定狀態(tài)下的全部RNA序列的信息，例如發(fā)現(xiàn)新轉(zhuǎn)錄本、了解基因的表達(dá)量、挖掘單核苷酸多態(tài)性（SNP）、結(jié)構(gòu)性變異等[35]。目前，測序技術(shù)已成為分子生物學(xué)研究中最常用的技術(shù)。相比于其他作物，甘薯的基因數(shù)據(jù)資源極少，這給甘薯的分子生物學(xué)研究帶來極大的不便。Gu等[36]應(yīng)用Illumina的RNA-Seq技術(shù)對不同的甘薯組織與發(fā)育階段進(jìn)行高通量的轉(zhuǎn)錄組測序，通過對甘薯的轉(zhuǎn)錄組從頭組裝、基因注釋和代謝通路分析，得到了大量重要的轉(zhuǎn)錄本信息，如淀粉合成、抗鹽、抗旱、轉(zhuǎn)座子和病毒等相關(guān)基因。Tao等[37]利用Illumina數(shù)字基因表達(dá)（DGE）標(biāo)簽分析甘薯的7個組織的轉(zhuǎn)錄組的差異，鑒定出大量的差異和特異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，主要涉及病毒基因組的基因表達(dá)方式、淀粉代謝、潛在耐逆性和抗蟲性等方面。

轉(zhuǎn)錄組測序的高通量特點(diǎn)使分子標(biāo)記的大規(guī)模發(fā)掘得以實(shí)現(xiàn)?；谵D(zhuǎn)錄組測序開發(fā)的分子標(biāo)記主要為SSR和SNP。Wang等[38]采用同樣的方法獲得56 516個unigenes，基于與已知的蛋白序列的相似性搜索，總共鑒定發(fā)掘出114個cDNA的潛在的SSRs。Xie等[39]通過對紫薯轉(zhuǎn)錄組的高通量測序，獲得58 800個unigenes，發(fā)掘出851個潛在的SSRs。SNP是基因組中最普遍的遺傳變異，有著分布廣、數(shù)量多、遺傳穩(wěn)定性高、密度高、易于實(shí)現(xiàn)分析自動化等諸多優(yōu)點(diǎn)，是構(gòu)建遺傳圖譜、完成分子標(biāo)記輔助育種的一種非常重要的遺傳標(biāo)記，新一代的高通量測序平臺為SNP位點(diǎn)的檢測提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。許家磊[35]在淀粉含量、薯干產(chǎn)量和莖線蟲病抗性差異明顯的徐781和徐薯18的Illumina RNA-seq測序結(jié)果中已獲得1 386個SNP候選位點(diǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)Tetra-primer ARMS-PCR可以檢測出SNP分子標(biāo)記，可以用于甘薯SNP分子標(biāo)記的開發(fā)。蘇文瑾等[40]利用簡化基因組測序技術(shù)（SLAF-seq）對300份甘薯種質(zhì)資源的大群體測序，通過生物信息學(xué)分析進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，篩選特異長度的DNA片斷，構(gòu)建SLAF-seq文庫后高通量測序，通過軟件分析比對，獲得260 000個多態(tài)性SLAF標(biāo)簽，在多態(tài)性SLAF標(biāo)簽上共開發(fā)得到795 794個群體SNP位點(diǎn)。

4 甘薯基因工程

1983年世界首例轉(zhuǎn)基因植物培育成功，標(biāo)志著人類用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良植物的開始，至今已有120多種植物轉(zhuǎn)基因獲得成功。近年來基因工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)作物育種領(lǐng)域已經(jīng)取得成功并逐步推廣，基因工程技術(shù)已成為普及應(yīng)用最快的先進(jìn)農(nóng)作物改良技術(shù)之一?；蚬こ碳夹g(shù)是提高作物產(chǎn)量和改良作物品質(zhì)的有效途徑，給人類帶來巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。相對于其他作物，甘薯基因工程的研究起步較晚。自1987年以來，許多學(xué)者陸續(xù)報(bào)道把抗性基因nptII和標(biāo)記基因Gus轉(zhuǎn)入甘薯，成功地獲得了轉(zhuǎn)基因的愈傷組織、芽或再生植株，為進(jìn)一步轉(zhuǎn)化目的基因改良甘薯積累了經(jīng)驗(yàn)[41]。近年來，在應(yīng)用基因工程提高甘薯蛋白質(zhì)或淀粉含量、改善蛋白質(zhì)氨基酸組成或淀粉組成、提高甘薯抗蟲及抗逆性等方面取得了較大進(jìn)展。

4.1 甘薯品質(zhì)改良的基因工程

甘薯品質(zhì)改良主要集中在淀粉、蛋白質(zhì)和胡蘿卜素方面。Shimada等[42]構(gòu)建了編碼甘薯淀粉分支酶的IbSBEII基因的dsRNA干擾載體并通過農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化進(jìn)入甘薯基因組，轉(zhuǎn)基因植株的淀粉具有較高的直鏈淀粉含量。Otani等[43]通過RNA干擾技術(shù)抑制甘薯淀粉粒附著性淀粉合成酶I（GBSSI）基因的表達(dá)，培育出不含直鏈淀粉的轉(zhuǎn)基因甘薯植株。Takahata等[44]通過抑制淀粉合成酶Ⅱ（SS Ⅱ）的表達(dá)改變支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)降低甘薯淀粉的糊化溫度。Santa-Maria等[45]從海棲熱袍菌中克隆了一個編碼極端嗜熱α-淀粉酶的基因，通過根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化獲得的轉(zhuǎn)基因植株在80 ℃具有自發(fā)處理淀粉為可發(fā)酵糖的能力。

羅紅蓉等[46]用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)獲得了含人乳鐵蛋白基因（hLFc）的甘薯抗性愈傷組織，為獲得具有轉(zhuǎn)人乳鐵蛋白基因的甘薯材料奠定了基礎(chǔ)。高峰等[47]獲得了轉(zhuǎn)玉米醇溶蛋白的轉(zhuǎn)基因甘薯植株。脂聯(lián)素（Adiponectin）具有抗炎、增加機(jī)體對胰島素敏感性和降糖、抗動脈粥樣硬化的作用。Berberich等[48]利用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化獲得表達(dá)Adiponectin cDNA的轉(zhuǎn)基因甘薯植株。Kim等[49]利用RNAi沉默CHY-β基因，可以增加甘薯中的β-胡蘿卜素的含量和類胡蘿卜素含量。

4.2 甘薯抗病蟲的基因工程

甘薯病毒、病蟲害嚴(yán)重影響產(chǎn)量。Kreuze等[50]研究利用靶向編碼SPCSV（甘薯褪綠矮化病毒）和SPFM（甘薯羽狀斑駁病毒）序列復(fù)制酶的內(nèi)含子剪接的發(fā)夾結(jié)構(gòu)的RNAi策略通過根癌農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化甘薯，轉(zhuǎn)基因植株對SPCSV和SPFMV的抗性顯著增強(qiáng)。Muramoto等[51]的研究表明，轉(zhuǎn)大麥αHT基因的甘薯植株的葉片和塊根表現(xiàn)出對黑斑病菌的抗性。蔣盛軍等[52]用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將OCI（水稻巰基蛋白酶抑制劑基因）導(dǎo)入甘薯品種栗子香中獲得了轉(zhuǎn)基因植株，對轉(zhuǎn)基因甘薯植株對甘薯線蟲病的抗性進(jìn)行了初步研究。

4.3 甘薯抗逆的基因工程

目前，Bian等[53]已獲得抗鹽、干旱、寒及熱等逆境的轉(zhuǎn)基因甘薯植株。阮龍等[54]利用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)法獲得了表達(dá)除草劑抗性基因bar基因的轉(zhuǎn)HS1基因的甘薯植株，植株表現(xiàn)出很好的除草劑抗性且結(jié)薯正常。閆會[55]、李建梅等[56]、王欣等[57]、成雨潔等[58]分別利用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將Cu/Zn SOD和APX基因轉(zhuǎn)入甘薯中，均發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株的耐鹽性和抗旱性有明顯提高。Kim等[59]的研究發(fā)現(xiàn)通過沉默CHY-β基因也能增強(qiáng)鹽脅迫耐性，另外還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)SCOF-1基因的甘薯植株對低溫脅迫耐性增強(qiáng)[60]。陳曉麗等[61]發(fā)現(xiàn)超表達(dá)IbMYB1基因甘薯的抗旱性增強(qiáng)。Fan等[62]轉(zhuǎn)化獲得SoBADHD基因的甘薯植株，植株對鹽、氧化脅迫和低溫等各種非生物脅迫的耐性增強(qiáng)。

5 展望

培育出具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、安全等優(yōu)點(diǎn)的作物品種已成為世界性的育種課題。由此，生物技術(shù)被推上了歷史舞臺。生物育種技術(shù)已在全球范圍內(nèi)產(chǎn)生了巨大的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，它突破了傳統(tǒng)育種技術(shù)的種種局限性，使農(nóng)作物育種變得更精確、更高效、更可控且可預(yù)見。以轉(zhuǎn)基因技術(shù)為核心的生物技術(shù)，在品種選育及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面都得到了迅速發(fā)展，已成為近代育種史上發(fā)展最快、效力最高的作物改良技術(shù)。

農(nóng)桿菌是天然的植物病原菌，可以侵染植物并將自身的T-DNA轉(zhuǎn)入并整合到植物的基因組中，轉(zhuǎn)入的農(nóng)桿菌T-DNA基因可以在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)錄表達(dá)。Kyngt等[63]在研究的291個樣品中，都發(fā)現(xiàn)了農(nóng)桿菌T-DNA的序列，甘薯是一種天然的轉(zhuǎn)基因作物。表明甘薯本身就是農(nóng)桿菌的天然寄主，農(nóng)桿菌T-DNA在后續(xù)的自然選擇中保留了下來。因此，利用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)法進(jìn)行甘薯的品種改良是有效的和安全的。

將誘變育種、細(xì)胞工程、分子標(biāo)記輔助選擇育種和基因工程等現(xiàn)代生物育種技術(shù)與常規(guī)育種技術(shù)和高效栽培技術(shù)相結(jié)合，在較短時間內(nèi)培育出產(chǎn)量高、抗性強(qiáng)、品質(zhì)高的甘薯新品種，將是甘薯品種改良的必然趨勢。做好甘薯的育種開發(fā)工作，可以提高現(xiàn)代人的健康水平，對促進(jìn)食品、生物能源、工業(yè)等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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