项目需求分析调研报告

项目需求分析调研报告内容摘要：

、 Na+/H+逆向运转体基因等，这 类基因 可以在一定程度上 提高小麦 的 抗逆性。 但植物抗逆 (耐旱、耐盐 碱 等 )性状多属于多基因控制的数量性状，单个功能基因的导入对植物抗逆性往往很难有质的提高。 随着植物逆境胁迫信号传导及基因表达调控研究的深入， 发现一些转录因子在逆境胁迫条件下可以激活一系列抗逆相关的基因表达，对提高植物的抗逆性起着关键作用。 Maruyama 等 [78]利用基因芯片技术，以 DREB1A 转基因拟南芥植株为材料，鉴定出 38 个 DREB1A 下游基因，这些基因大都参与改善转基因植株的非生物胁迫耐性。 近年 来，利用抗逆相关的转录因子提高植物的抗逆性受到广泛关注， 2020 年 日本国际合作局 (JICA)批准了资助巴西转基因耐旱大豆开发的项目，该项目 由 JIRCAS 和巴西农业研究公司 (EMBRAPA)合作攻关，由 JIRCAS 提供相关 DREB 基因，目前该研究进展顺利 并 将于 20202020 年进行耐旱性评估 试验。 表 6 抗逆 转基因小麦研究现状 基因名称 Gene introduced 基因来源 Species of introduced gene 功能 Trait 转化方法 Transformation method 文 献 Reference 果聚糖蔗糖酶基因 枯草杆菌 耐旱 农杆菌介导法 [68] 甜菜碱醛脱氢酶 山菠菜 耐旱 基因枪 [69] DREB 转录因子 栽培 大豆 耐盐、耐旱 基因枪 [70] 拟南芥 耐旱 基因枪 [71] 拟南芥 耐旱 基因枪 [72] Na+/H+逆向运转体基因 拟南芥 耐盐 农杆菌介导法 [73] 反义硫氧还蛋白基因 蓝色黑鸭草 抗穗发芽 基因枪 [74] 胚胎发育晚期丰富蛋白基因 HVA1 大麦 耐旱 基因枪 [75] △ 1吡咯啉 5羧酸合成酶 豆科植 物 耐盐 花粉管通道法 [76] 甘露醇 1磷酸脱氢酶 大肠杆菌 耐盐、耐旱 基因枪 [77] （ 4） 改良小麦品质 随着人们生活水平的不断提高，小麦品质 改良 越来越受到重视。 关于转基因小麦品质改良研究的报道较多（占 %） (图 1)。 主要涉及以下几方面： (1) 优化面筋 强度 ： 麦谷蛋白是小麦籽粒贮藏蛋白的重要组成部分，与面 筋 强度密切相关， Blechl[86]等利用 高分子量谷蛋白亚基基因 启动子，在小麦品种 Bobwhite 中表达 高分子量谷蛋白亚基基因 Dy10:Dx5，结果表明， Dy10:Dx5 基因可有效 提高种子中麦谷蛋白含量。 其后，许多研究者开展了高分子量谷蛋白亚基 基因 的转基因研究，主要集中在 1Ax1, 1Dx5 和 1Dy10 等亚基基因。 (2) 改善籽粒硬度：籽粒硬度是小麦重要的品质性状之一，主要影响磨粉品质和食品加工品质。 用于改善 籽粒硬度 的 基因 有 PinA 和 PinB 基因 [8993]等。 Martin 等 [92]将 PinaD1a 转入小麦品种 Bobwhite， 3 个转基因小麦株系随着 Pina 在转录水平表达量升高， 籽粒硬度明显变软，但谷物蛋白成分及千粒重等指标与 Bobwhite 相比并无变化。 (3) 优化营养成分 ： 如 利用 支链淀粉酶 Ⅱ a、 b [99]， 赖氨酸合成关键酶基因 DapA[94]等改善营养成 分。 小麦中可食性纤维与直链淀粉的含量相关， Regina 等 [99]通过抑制小麦支链淀粉酶 Ⅱ 的活性来提高直链淀粉含量， 老鼠喂养试验显示， 高直链淀粉含量 的转基因小麦对老鼠健康有益。 目前，在小麦 营养 成分改良方面研究较少，但在水稻、玉米、大豆等作物中通过转基因技术增加蛋白 /淀粉 /油份及必需氨基酸的含量，添加维生素、矿物质等已取得较大进展，对今后小麦转基因是很好的借鉴。 表 7 小麦品质 分子改良研究现状 基因名称 Gene introduced 基因来源 Species of introduced gene 功能 Trait 转化方法 Transformation method 文献 Reference 高分子量谷蛋白亚基基因 1Dx5 和1Dy10 小麦 提高面团筋力 基因枪 [7980] 高分子量谷蛋白亚基基因 1Dx5 小麦 提高面团筋力 基因枪 [8184] 高分子量谷蛋白亚基基因 1Ax1, 1Dx5 和 1Dy10 小麦 提高面团筋力 基因枪 [85] 高分子量谷蛋白亚基基因 Dy10:Dx5 小麦 提高面团筋力 基因枪 [86] 高分子量谷蛋白亚基基因 1Ax1 小麦 提高面团筋力 基因枪 [8788] PinA 和 PinB 基因 小麦 改善籽粒硬度 花粉管通道法 [89] 小麦 改善籽粒硬度 基因枪 [9091] PinA 基因 小麦 改善籽粒硬度 基因枪 [92] PinB 基因 小麦 改善籽粒硬度 基因枪 [93] 高赖氨酸含量基因 wblrp 四棱豆 提高赖氨酸含量 基因枪 [94] 赖氨酸合成关键酶 dapA 基因 大肠杆菌 谷蛋白 GluA2 基因 水稻 改善氨基酸成份 基因枪 [95] 颗粒结合型淀粉合成酶基因 小麦 降低小麦种子中直链淀粉的含量 农杆菌介导法 [96] 肌醇六磷酸酶 基因 黑曲霉菌 提高营养品质 基因枪 [9798] 支链淀粉酶 Ⅱ a、 b 小麦 提高直链淀粉含量 农杆菌 介导法 [99] （ 5） 提高小麦产量 高产是小麦遗传改良最重要目标之一，小麦产量由穗粒数、千粒重、 有效 分蘖数以及株型等多种农艺性状决定， 属 多种基因和环 境协同控制的复杂数量性状。 目前对产量相关的分子调控机制了解尚不充分，高产转基因小麦育种还处于探索阶段： (1) 转入 植物 光合作用中 的 关键酶基因，提高小麦光合作用，如磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因 (pepc) [100101]。 陈绪清等 [101]将 玉米 pepc 基因转入小麦，发现部分转基因 株系 叶片中 的 PEPC酶活性提高了 3~5倍，光合速率有所提高。 (2) 改善小麦分蘖、根部发育及延缓小麦叶片衰老等 ， 如玉米侧芽分枝基因 (TB1) [102]、红花菜豆 赤霉素 2 氧化酶基因 [103]、根癌农杆菌来源的异戊烯基转移酶基因[104105]等。 奚亚军等 [104105]分别 利用花粉管通道法 和 农杆菌介导法将叶片衰老抑制基因 P_(SAG12)IPT 导入 小麦 ，对 小麦 叶片细胞分裂素 和 叶绿素含量、叶片衰老进程及农艺性状 等进行综合 分析，初步证明转基因小麦 的 叶片衰老受到明显抑制。 (3) 提高小麦胚乳中的淀粉含量，如 ADP葡萄糖焦磷酸化酶 大亚基 基因(Shrunken2)[106]。 淀粉占小麦籽粒干重 70%左右 ， 淀粉含量直接决定小麦产量 ，而 ADP葡萄糖焦磷酸化酶 决定小麦籽粒中 淀粉 的 合成 效 率。 玉米 Shrunken2 基因的转基因小麦株系与对照相比，单株籽粒产量增加 38%， 生物 产 量 增加 31%[106]。 分子 育种将 是提高作物产量的有效手段之一，寻找与高产相关的功能基因对作物高产育种具有重要理论意义和应用价值。 Song 等 [107]成功克隆了控制水稻粒重的数量性状基因 GW2， GW2 功能缺失或降低时，降解与细胞分裂相关蛋白的能力随之下降，从而使细胞分裂加快，谷粒谷壳的细胞数目增加，进而显 著增加水稻谷粒的宽度、加快籽粒灌浆速度、增加粒重及产量。 Huang 等 [108]首次阐述了 DEP1 基因在中国超级稻增产中起到的关键作用， DEP1 的突变等位基因 dep1普遍存在于我国东北和长江中下游地区的高产水稻品种中， dep1 基因能促进细胞分裂，使得稻穗变密、植株半矮化、枝梗数增加和每穗籽粒数增多，从而 提高 水稻 产量；研究还发现 该基因同样在小麦穗发育过程中起着重要作用。 这些研究成果可为高产小麦转基因育种提供新途径和新的基因资源。 安全管理支撑技术研究 （ 1）转基因植物安全评价 美国转基因生物安全评价与生物技 术研发受到同等重视，通过 USDA、 FDA和 EPA 组织实施转基因生物的安全评价，以科学数据为依据，遵循 “个案分析 ”、“实质等同性 ”、 “逐步完善 ”等原则，现已建立了从产前、产中直至产后严密完善的安全评价制度。 杜邦公司 的 先锋国际种业， 建立了 转基因生物技术 研发与 环境安全和食用 /饲用安全评价 体系。 先正达公司建立了系统的转基因生物环境和食用风险评估技术体系，在产品研发的不同阶段，划分了安全性评价的介入阶段。 此外，不管转基因生物研发公司或大学均强化转基因生物安全评价的主体和主要责任人，视安全为产品的根本，效果和安全同等对 待，在人员投入与经费安排等方面与生物技术研发同等重视。 （ 2）转基因植物安全管理 1986 年美国总统科技政策办公室发布了《生物技术管理协调框架》。 该框架规定生物技术产品与未修饰的有机或传统产品没有本质不同，监管的重点是最终产品而非生产过程。 各部门对转基因生物的安全管理应该基于产品最终用途并且遵循个案审查原则。 现有法律为监管生物技术产品提供足够的权力。 2020 年 5月，五项涉及转基因农作物安全问题的法案被提交国会讨论，其中三项法案较为重要，分别为《转基因农作物和动物农民保护法案》（ HR4812）、《转基因食品知情权法案》（ HR4814）和《转基因生物责任法案》（ HR4816）。 从政府管理职能来看，美国对转基因生物安全管理主要由美国农业部（ USDA）、环保署（ EPA）和食品与药物管理局（ FDA）负责。 USDA、 EPA、 FDA 根据联邦法律赋予的职能各司其职，有效管理转基因生物从研发到商业化生产的各个环节 （表 8）。 表 8 美国、欧盟和中国转基因相关法律法规 美国 欧盟 中国 重组 DNA 分子研究准则 生物技术管理协调大纲 动植物、微生物生物安全  植物检疫法  联邦植物有害生物法  病毒 ——血清 ——毒素法  联邦杀虫剂、杀 真菌剂、杀啮齿类动物药物法  毒物控制法  生物技术微生物产品准则  关于新微生物申请的准备要点 食品与药物管理  公共卫生服务法  联邦食品、药物和化妆品法 转基因农作物安全法案  转基因农作物农民保护法案  转基因食品知情权法案  转基因生物责任法案 重要指令  封闭使用转基因生物  转基因生物有意环境释放  一些转基因生物制品、添加剂和调味剂 重要法案  转基因生物越境转移法规  转基因生物可追踪性和标识及由转基因生物制成的食品和饲料产品可追踪性  转基因食品和饲料条例 基因工程安全  基因工程安全管理办法 农业转基因生物安全  农 业转基因生物安全管理条例  农业转基因生物安全评价管理办法  农业转基因生物标识管理办法  农业转基因生物进口安全管理办法  农业转基因生物安全评价管理程序  农业转基因生物进口安全管理程序  农业转基因生物标识审查认可程序 转基因食品安全  食品卫生法  转基因食品卫生管理办法 转基因药品安全  新生物制品审批办法 转基因微生物安全  病原微生物实验室生物安全管理条例 欧盟是生物安全国际法的主要推动者之一， 1984 年，欧盟建立了旨在协调共同体内生物技术政策的生物技术指导委员会， 1986 年进一步召集成员国就有关问题展开讨论， 着力解决协调活动、发展控制水平、工业废物的管理、突发事件的应变以及有计划的环境释放授权等问题。 20 世纪 90 年代初，欧盟发布了关于封闭使用转基因生物的第 90／ 219／ EEC 号指令和关于转基因生物有意环境释放的第 90／ 220／ EEC 号指令。 此外，欧盟还颁布了一些转基因生物制品、添加剂和调味剂的重要指令；转基因生物越境转移法规、转基因生物可追踪性和标识及由转基因生物制成的食品和饲料产品可追踪性法规等诸多法案。 商品化与产业化 目前转基因小麦品种尚没有进入商业化生产。 由于 随着近几年美国小麦种植面积逐年下滑、产 量和效益持续下降，对利用生物技术提高小麦产量和效益的呼声不断提高， 调查显示 75%的美国小麦生产农户开始愿意接受种植转基因小麦。 特别是 2020 年，美国、加拿大、澳大利亚小麦协会发表联合宣言，表示同步推进转基因小麦的研发与生产。 这个积极的信息预示着新一轮转基因小麦研发竞争开始了。 2020 年 7 月中旬， 美国 孟山都 公司宣布 重新 启动转基因小麦的计划， 预计在未来 10 年中 将 会出现商业化的转基因小麦品种。 几天之后，德国的拜耳公司宣布和澳大利亚的 CSIRO（联邦科学与工业研究组织）合作开发转基因小麦 ，重点是 提高的小麦产量 、 逆境 抗性 以及 提高磷肥的利用效率 ，并计划 在 2020 年将转基因小麦品种推向市场。 瑞士的 Syngenta 公司也一直致力于研发 抗赤霉病的转基因小麦品种。 知识产权状况 到 2020。