杨树基因工程研究进展

熊书

摘要：杨树是世界上栽培广泛的造林树种之一，还是造纸与包装材料的重要原料。随着生物技术与现代分子生物学的发展，杨树的遗传改良工作取得了重要的进展。本文从抗虫、抗病、木质素改良等方面，综述了通过基因工程方法进行的杨树遗传改良研究。

关键词：杨树；基因工程；遗传；进展

中图分类号：S7 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）09-0091-02

楊树是栽培广泛的造林树种之一，杨树还是造纸、包装材料和胶合板等重要工业原料。但是杨树木高大、生长周期长，使杨树传统育种工作受到了极大地限制。借助于基因工程，将抗病、抗虫和木质素改良等基因转入杨树中，杨树遗传改良工作取得了重要的进展。

一、杨树木质素基因工程

在纸张生产过程中，以植物为原料，需要使用许多烧碱等化学试剂除去木质素，造成巨大的能源浪费和造纸废液，是造纸工业污染的重要来源。所以降低林木木质素的含量，改良木质素组成，对于环境保护，提高林木生产效益有着重要的作用。目前，参与木质素合成的苯丙氨酸裂解酶（PAL）基因、CoA连接酶（4CL）和肉桂酰乙醇脱氢酶（CAD）等基因已经相继被克隆出来。Hu等利用白杨树克隆了4CL基因，通过对该基因反义抑制，实验发现转基因杨树的纤维素含量增加，木质素含量减少，显著提高了转基因白杨树的生长。Tian等将R2R3-MYB转录因子MYB216导入到毛白杨中，发现杨树中木质素的合成基因表达水平被改变，同时木质素的含量发生了改变。

二、转基因抗虫杨树

目前常用的抗虫基因有苏云芽孢杆菌结晶蛋白（Bt）基因、蛋白酶抑制剂（CpTI）基因、淀粉酶抑制剂基因和植物凝集素（Lec）基因等。Rao等将Bt CryIA和CpTI基因导入黑杨中，转双价基因株系的抗虫效果比转单价基因的株系更为显著。Delledonne等将CpTI基因导入到杨树中，提高了转基因杨树的抗虫性。

三、转基因抗病杨树

目前克隆到的抗病基因主要有抗菌基因和抗病毒基因两类。兔防御素基因已被导入到毛白杨（P.tomentosa.carr），获得了良好的抗微生物效果。Mentag等利用农杆菌介导法将D4E1抗菌肽基因转化到杂交杨树（P.tremula×P.alba）中，分子检测表明D4E1基因已整合到了杂交杨树基因组中，转基因植株对多种病菌均表现出明显抗性。

四、抗逆境杨树基因工程

脯氨酸合成酶和茧蜜糖合成酶等基因已经转化到了杨树中，取得了良好的抗逆效果。Arisi等将拟南芥的Fe-SOD基因转化到杨树中，转基因杨树的耐冻性和抗氧化能力显著提高。将从怪柳中克隆的LEA蛋白基因在杂交杨（Populus simonii×P.nigra）超量表达，转基因杨树表现出显著的抗旱性。

五、转基因抗除草剂杨树

近几年抗除草剂转基因杨树的研究发展迅速。Chupeau等将编码抗草丁膦类除草剂的乙酰转移酶基因（Pat）导入到杂种杨（P.tremula×P.alba）中，显著提高了抗除草剂能力。Meilan报道在杂交杨（Populus sp）中同时表达GOX和CP4基因，大大提高了转基因杨树的抗草甘膦能力。

随着杨树全基因组计划的完成和杨树功能基因组研究的深入开展，杨树作为一种研究多年生木本植物的模式物种得到广泛的应用。同时将常规育种与基因工程育种相结合，筛选培育优良的杨树品种，必将取得新的进步，这对扩大杨树的栽培地域、发挥杨树的优良特性具有重要意义。

参考文献：

[1]宋艳茹，马庆虎，卢善发.从源头防治制浆造纸废水污染的新策略[J].生物技术通报，1999，15（20）.

[2]Osakabe Y，Ohtsubo Y，Kawai S，et al. Structure and tissue specific expression of genes for phenyl ammonia lyase from a hybrid aspen，Populus kitakamiensis[J]. Plant Sci，1995，105（02）.

[3]Allina S M，Douglas C J. Isolation and characterization of the 4-coumarate：CoA ligase gene family in a poplar hybrid[J]. Plant Physiol Suppl，1994，（105）.

[4]Hu W J，Harding S A，Lung J. Repression of lignin biosynthesis promotes cellulose accumulation and growth in transgenic trees[J].Nat biotechnol，1999，17（8）.

[5]Tian Q，Wang X，Li C，et al. Functional characterization of the poplar R2R3-MYB transcription factor PtoMYB216 involved in the regulation oflignin biosynthesis during wood formation[J]. PLoS One. 2013，8（10）.

[6]Rao Y，Wu F，Huang R. Two insect-resistance genes were transferred into poplar hybrid and transgenic poplar show insect-resistance[J].Progress in Biotechnology，2001，（18）.

[7]Delledonne M，Allegro G，Belenghi B. Transformation of white poplar（Populus alba L.）with a novel Arabidopsis thaliana cysteine proteinase inhibitor and analysis of insect pest resistance[J].Molecular Breeding. 2001，7（1）.

[8]趙世民，祖国诚，刘根齐.通过农秆茵介导法将兔防御素NP-1基因导人毛白杨[J].遗传学报，1999，26（5）.

[9]Mentag R，Luckevich M，Morency M J，et al. Bacterial disease resistance of transgenic hybrid poplar expressing the synthetic antimicro bial peptide D4E1[J].Tree Physiol，2003，23（6）.

[10]Arisi A C，Cornic G，Jouanin L.Overexpression of Fe-SOD in transformed poplar modifies the regulation of photo synthesis at low CO2 partial pressures or following exposure to the prooxident herbicide methyl viologen[J]. Plant Physiol，1998，117（2）.

[11]Gao W，Bai S，Li Q，et al. Overexpression of TaLEA gene from Tamarix androssowii improves salt and drought tolerance in transgenicpoplar（Populus simonii×P.nigra）[J].PLoS One，2013，8（6）.

[12]Chupeau M C，Pautot V，Chupeau Y. Recovery of transgenic trees after electroporation of poplar protoplants[J].Mol Gen Genet，1994，3（1）.

[13]Meilan R，Auerbach DJ，Ma C，et al. Stability of herbicide resistance and GUS expression in transgenic hybrid poplars（Populus sp.）during several years of field trials and vegetative propagation[J].HortScience，2002，37（2）.

[14]Tuskan G A，Difazio S，Jansson S，et al.The Genome of Black Cottonwood，Populus trichocarpa（Torr.& Gray）[J].Science，2006，313（5793）.