马铃薯与生物技术

离体保存、分子标记和重组DNA技术为马铃薯生产和转化创造了新的机遇

要点

马铃薯产业受益于近年来在遗传学、生理学和病理学方面有关该作物的重大发现。

微繁殖正在帮助发展中国家生产低成本、无病害的块根“种子”并增加了马铃薯的产量。

分子标记的采用有助于确定马铃薯收集品中的理想特性,从而简化改良品种的开发。

现正在开展的马铃薯基因组测序将极大地加深人们对基因整合及功能特性的认识和理解。

遗传改造品种具有使产量更加稳定、改善营养质量和促进非食品工业用途的潜力,但是在发布前必须开展谨慎评估。

新的分子生物学和植物细胞培 养工具使科学家能够更好地了 解马铃薯植物如何繁殖、生长 和生成块茎,它们如何与病虫 害相互作用以及它们如何适应 环境的压力。通过提高产量、 改进块茎的营养价值,这些进步为 马铃薯产业创造了新的机遇, 为马铃薯淀粉的各种非食品用 途开辟了道路,如塑料聚合物 的生产。

生产优质繁殖材料

与其它主要大田作物不同, 马铃薯是通过无性繁殖的无性系, 确保稳定、“纯种”繁殖。但 是,患病植株的块茎也同样将 病害传给其后代。为了避免出 现这种情况,马铃薯块茎“种 子”需要在严格控制病害的条 件下生产,这使得繁殖材料的成本 增加,从而限制了发展中国家农民 的获取能力。

微繁殖或离体繁殖为马 铃薯种薯病原体问题提供了低 成本的解决办法。采用扦插法 将插条分成单芽茎段并对其进行培 养,通过这种办法茎段可无数次地 繁殖。插条可在容器内通 过诱变直接生成小块茎或 被移植到田间,它们在那 里生长并结出低成本和无 病的块茎“种子”。这一 技术非常受欢迎并且在许 多发展中国家和转型国家 的商业生产中频繁采用*。 例如在越南,由农民直接进行的微 繁殖使得马铃薯产量在几年之内 翻了一番。

保护和开发马铃薯多样性

马铃薯在所有栽培植物中拥有 最为丰富的多样性。南美洲安第 斯地区的马铃薯遗传资源包括野生 亲缘种、本地栽培种、地方农民开 发的品种及栽培和野生植物的杂交 种。它们具有大量宝贵特性,如抗 病虫害、营养价值高、味道好和适 应极端恶劣天气条件等。人们正在 继续努力,对它们进行收集、鉴定 并将其保存在基因库中,它们的部 分特性通过杂交已经转移到马铃薯 的商业品系中。

为了保护马铃薯品种及其野生 和栽培近缘种的收集品免受病虫害 疫情的影响,科学家利用微繁殖技 术的一个变体,在严格消毒的条件 下离体保存马铃薯标本。正在利用 分子标记对收集品开展深入研究, 而所谓分子标记是指在基因组特定 染色体位置可检测到的并根据标准 遗传规律遗传的可识别DNA序列。

获得改良品种

马铃薯遗传学和遗传特征很复 杂,通过传统杂交方式开发改良品 种较困难并且很耗时。以分子标 记为基础的筛选法和其它分子技 术现已得到广泛应用,目的是在 粮食生产中加强和推广马铃薯传统 栽培方式。针对重要特性的分子标 记有助于识别理想的特性并简化改 良品种的选育过程。目前这种技术 已经在许多发展中国家和转型国家 得到应用,预计商业化品种将会在 几年之内发布。

通过国际马铃薯基因组测序 协会的努力,马铃薯基因组的全 部DNA序列图谱的绘制正在取得 进展,这项工作将加深我们对植物 的基因和蛋白质及功能特性的认 识。马铃薯结构和功能基因组学领 域的技术进步-以及将重要基因整 合到马铃薯基因组– 使得采用重组 DNA技术对马铃薯进行遗传改造 的可能性增加。具有抗科罗拉多马 铃薯甲虫和病毒疾病能力的转基因 品种已经于上个世纪九十年代发布 并用于加拿大和美国的商业化生 产,预计未来将会发布更多商业化 品种。

转基因马铃薯品种为增加马铃 薯生产能力和产量提供了可能,并 且为非食品工业用途创造了新的机 遇。然而,在品种发布之前必须谨 慎评估和解决所有生物安全和食品 安全方面的问题。

术语

细胞培养-从多细胞生物体中分离出的细胞的离体生长;
功能基因组学-旨在确定基因组中基因表达和相互作用规律的研究;
基因组-一种生物体每个细胞中所含全部遗传物质;
基因组排序-确定组成生物体DNA化学成分准确顺序的过程;
遗传改造-通过插入一个或数个转基因而转化;
离体-在人工环境下(例如细胞、组织或器官在玻璃或塑料容器内的培养);
微繁殖-植物材料在无菌和可控环境条件下的小型离体繁殖或再生;
分子生物学-在分子水平上对生命过程的研究;
分子标记-在DNA水平上检测出的遗传标记
特性-一种生物所具有的多个特点之一;
转基因-一种用于改变某一生物体的分离基因序列–通常衍生于不同的物种。

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本情况说明由粮农组织研究及推广司的Andrea Sonnino和植物生产及保护司的Kakoli Ghosh编写。