【正文】 在磷高效性狀研究方面，分離出了小麥中調(diào)控缺磷基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子 TaPHR1，將該基因在擬南芥中表達(dá)可以顯著提高植株中磷的含量以及轉(zhuǎn)基因植株耐低磷的能力，目前已利用 TaPHR1 轉(zhuǎn)化了小麥骨干親本品種并獲得了多個(gè)不同的 T1 株系。下表列出了目前已知的研究成果。 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)和山東大學(xué) 克隆了普通小麥的 2 個(gè) 受 環(huán)境脅迫因子 （干旱、高鹽、低溫和 /或 ABA）誘導(dǎo)顯著上調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子基因（ TaZnF 和 TaSrg6）， 超表達(dá) TaZnF 的轉(zhuǎn)基因植株提高了對(duì)干旱、低溫及高鹽脅迫的能力，并使轉(zhuǎn)基因植株中 rd29A 的基因上調(diào)表達(dá)；超表達(dá) TaSrg6 的轉(zhuǎn)基因植株提高 了抗干旱的能力，同時(shí)使轉(zhuǎn)基因植株中 erd1 基因上調(diào)表達(dá)；這些結(jié)果暗示了 TaZnF 和 TaSrg6 基因在參與逆境脅迫時(shí)可能具有的調(diào)控機(jī)制。但有關(guān)利用模式植物（擬南芥等）基因而改良植物養(yǎng)分利用效率的專利正逐漸增多。另外，這些基因?qū)＠麑?duì)現(xiàn)階段我國(guó)小麥遺傳改良沒有顯著的限制作用，因?yàn)檫@些專利基因調(diào)控的性狀可以利用我國(guó)小麥種質(zhì)資源中存在的自然變異和分子標(biāo)記輔助選擇來實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改良。目前，受專利保護(hù)的用于單子葉植物轉(zhuǎn)化的啟動(dòng)子還比較少，特別是各種組織特異性表達(dá)的啟動(dòng)子和各種環(huán)境條件誘導(dǎo)型的啟動(dòng)子還比較少，這些啟動(dòng)子的應(yīng)用對(duì)于提高轉(zhuǎn)基因小麥的安全性，減少外源基因表達(dá)對(duì)受體植物正常生理代謝的影響具有重要的意義。 有關(guān)光抑制抗性基因 專利1 項(xiàng)（一種谷氨酸鹽合成酶基因， glutamine synthetase gene） 。其中有關(guān)遺傳轉(zhuǎn)化方法的專利共 29 項(xiàng)，包括有關(guān)基因槍轉(zhuǎn)化方法的 4 項(xiàng) ， 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化方法的 8 項(xiàng) ， 原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化方法的 2 項(xiàng) ， 其他轉(zhuǎn)化方法的 15 項(xiàng)。 2020 年 7 月中旬， 美國(guó) 孟山都 公司宣布 重新 啟動(dòng)轉(zhuǎn)基因小麥的計(jì)劃， 預(yù)計(jì)在未來 10 年中 將 會(huì)出現(xiàn)商業(yè)化的轉(zhuǎn)基因小麥品種。 商品化與產(chǎn)業(yè)化 目前轉(zhuǎn)基因小麥品種尚沒有進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)。 USDA、 EPA、 FDA 根據(jù)聯(lián)邦法律賦予的職能各司其職，有效管理轉(zhuǎn)基因生物從研發(fā)到商業(yè)化生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié) （表 8） 。各部門對(duì)轉(zhuǎn)基因生物的安全管理應(yīng)該基于產(chǎn)品最終用途并且遵循個(gè)案審查原則。先正達(dá)公司建立了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)基因生物環(huán)境和食用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)體系，在產(chǎn)品研發(fā)的不同階段，劃分了安全性評(píng)價(jià)的介入階段。 Huang 等 [108]首次闡述了 DEP1 基因在中國(guó)超級(jí)稻增產(chǎn)中起到的關(guān)鍵作用， DEP1 的突變等位基因 dep1普遍存在于我國(guó)東北和長(zhǎng)江中下游地區(qū)的高產(chǎn)水稻品種中， dep1 基因能促進(jìn)細(xì)胞分裂，使得稻穗變密、植株半矮化、枝梗數(shù)增加和每穗籽粒數(shù)增多，從而 提高 水稻 產(chǎn)量；研究還發(fā)現(xiàn) 該基因同樣在小麥穗發(fā)育過程中起著重要作用。 淀粉占小麥籽粒干重 70%左右 ， 淀粉含量直接決定小麥產(chǎn)量 ，而 ADP葡萄糖焦磷酸化酶 決定小麥籽粒中 淀粉 的 合成 效 率 。 陳緒清等 [101]將 玉米 pepc 基因轉(zhuǎn)入小麥，發(fā)現(xiàn)部分轉(zhuǎn)基因 株系 葉片中 的 PEPC酶活性提高了 3~5倍，光合速率有所提高。 小麥中可食性纖維與直鏈淀粉的含量相關(guān)， Regina 等 [99]通過抑制小麥支鏈淀粉酶 Ⅱ 的活性來提高直鏈淀粉含量， 老鼠喂養(yǎng)試驗(yàn)顯示， 高直鏈淀粉含量 的轉(zhuǎn)基因小麥對(duì)老鼠健康有益。 (2) 改善籽粒硬度：籽粒硬度是小麥重要的品質(zhì)性狀之一，主要影響磨粉品質(zhì)和食品加工品質(zhì)。 表 6 抗逆 轉(zhuǎn)基因小麥研究現(xiàn)狀 基因名稱 Gene introduced 基因來源 Species of introduced gene 功能 Trait 轉(zhuǎn)化方法 Transformation method 文 獻(xiàn) Reference 果聚糖蔗糖酶基因 枯草桿菌 耐旱 農(nóng)桿菌介導(dǎo)法 [68] 甜菜堿醛脫氫酶 山菠菜 耐旱 基因槍 [69] DREB 轉(zhuǎn)錄因子 栽培 大豆 耐鹽、耐旱 基因槍 [70] 擬南芥 耐旱 基因槍 [71] 擬南芥 耐旱 基因槍 [72] Na+/H+逆向運(yùn)轉(zhuǎn)體基因 擬南芥 耐鹽 農(nóng)桿菌介導(dǎo)法 [73] 反義硫氧還蛋白基因 藍(lán)色黑鴨草 抗穗發(fā)芽 基因槍 [74] 胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白基因 HVA1 大麥 耐旱 基因槍 [75] △ 1吡咯啉 5羧酸合成酶 豆科植 物 耐鹽 花粉管通道法 [76] 甘露醇 1磷酸脫氫酶 大腸桿菌 耐鹽、耐旱 基因槍 [77] （ 4） 改良小麥品質(zhì) 隨著人們生活水平的不斷提高，小麥品質(zhì) 改良 越來越受到重視 。 但植物抗逆 (耐旱、耐鹽 堿 等 )性狀多屬于多基因控制的數(shù)量性狀，單個(gè)功能基因的導(dǎo)入對(duì)植物抗逆性往往很難有質(zhì)的提高。 (3) 抗逆相關(guān)的調(diào)控基因：如 DREB 轉(zhuǎn)錄因子 [7072]等。 植物胚胎發(fā)育晚期豐富蛋白是植物胚胎發(fā) 育 后期種子中大量積累的一類蛋白質(zhì) ， 具高親水性和熱穩(wěn)定性，與植物抗逆功能密切相關(guān) 。利用EβF 合成酶基因有可能為創(chuàng)制抗蚜蟲轉(zhuǎn)基因小麥提供新的途徑。挖掘利用新的更加安全有效的抗蚜基因?qū)⑹切←溈瓜x轉(zhuǎn)基因育種的重要課題。Yu 等 [64]構(gòu)建了 cry Ia 和 pta 基因 雙元表達(dá)載體，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)入小麥， 對(duì)兩個(gè)轉(zhuǎn)基因小麥株系進(jìn)行抗蟲鑒定，蚜蟲的存活率分別為對(duì)照的 54%和 78%，粘蟲的存活率分 別為對(duì)照的 65%和 73%。 (2) 外源凝集素基因：如人工合成及來 源于雪花蓮的凝集素基因 (gna)[5861]，半夏凝集素基因 (pta)[64]。其中以麥蚜為害最為嚴(yán)重，我國(guó)常年發(fā)生面積達(dá) ～ 億畝，造成小麥減產(chǎn) 10%左右，大發(fā)生年份超過 30% [56]。 目前，小麥抗病轉(zhuǎn)基因研究多為單個(gè)抗病基因的轉(zhuǎn)化，通過多種抗病基因的聚合 ，培育多抗小麥品種將成為小麥抗病分子育種的發(fā)展趨勢(shì)。 (4) 真菌酶及毒素抑制基因：如多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白 (PGIP)基因 [53]等。 Oldach 等 [44]將大麥幾丁質(zhì)酶 Ⅱ 基因和巨曲霉菌抗菌蛋白基因AgAFP 共轉(zhuǎn)入小麥，轉(zhuǎn)基因株系明顯降低了白粉病菌和葉銹菌孢子的形成。盡管轉(zhuǎn)基因抗病小麥尚未進(jìn)入商品化生產(chǎn)，但是，小麥抗病轉(zhuǎn)基因研究成為小麥分子改良的熱點(diǎn)，約占% (圖 1)。 新品種培育 迄今為止，轉(zhuǎn)基因小麥品種尚沒有進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，但是，目前已經(jīng) 具有 一批較好的材料儲(chǔ)備，并進(jìn)行了多年的田間試驗(yàn)，抗除草劑轉(zhuǎn)基因小麥已經(jīng)具備了產(chǎn)業(yè)化條件。在小麥農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化體系中， 受 體 基因型 、農(nóng)桿菌細(xì)胞的濃度、接種及共培養(yǎng)時(shí)間、載體類型、篩選方式等都 會(huì) 影響 轉(zhuǎn)化 效率 [20]。基因槍法具有宿主廣泛、可控性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。 在 轉(zhuǎn)化過程中，加入氯化鈣和亞精胺 能 提高核酸與微彈的結(jié)合力 ， 選擇合 適的轉(zhuǎn)基因表達(dá)載體及受體組織 ， 優(yōu)化基因槍轟擊參數(shù) （ 包括轟擊距離、氦氣壓、真空條件等 ） 可有效提高基因槍的轉(zhuǎn)化效率 [14]。此后， 小麥的基因轉(zhuǎn)化 技術(shù)研究 進(jìn)展 較快。通過創(chuàng)新轉(zhuǎn)化 受體、新型載體、時(shí)空表達(dá)調(diào)控元件、葉綠體遺傳轉(zhuǎn)化、定點(diǎn)整合、多基因轉(zhuǎn)化等新型轉(zhuǎn)化方法 以及 無選擇標(biāo)記基因的安全轉(zhuǎn)基因技術(shù) ，提高小麥遺傳轉(zhuǎn)化的效率和安全性，已成為小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)發(fā)展的主要方向。 小麥氮 磷養(yǎng)分利用 相關(guān)基因克隆 ： 克隆了參與氮代謝的一些基因，如硝酸還原酶基因、亞硝酸還原酶基因、谷氨酰胺合成酶基因、以及谷氨酸合酶基因（ Boisson et al., 2020） ；克隆了參與小麥磷吸收的高親和力轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因（ Davies et al., 2020； Glassop et al., 2020） ，但是，相關(guān)基因的育種利用價(jià)值尚有待進(jìn)一步研究 。 近年來，對(duì) 編碼 參與調(diào)控下游基因表達(dá)以及信號(hào)傳導(dǎo)的 蛋白激酶、依賴鈣的蛋白激酶（ CDPK）、受體蛋白激酶 （ RPK）和 轉(zhuǎn)錄因子 （ 如 bZIP、 MYC、 MYB 及 AP2/EREBP轉(zhuǎn)錄因子等 ）等基因的研究倍受關(guān)注 ， 如克隆了受鹽和 ABA 誘導(dǎo)的 蛋白激酶PKABA1，受干旱、高鹽、低溫和 ABA 誘導(dǎo)的 AP2/EREBP 轉(zhuǎn)錄因子 TaDREB 基因 等。 Li et al. (2020)。另外，從小麥中克隆的抗病相關(guān)基因還有：幾丁質(zhì)酶基因（ Lorz等 1998； Li等 2020。重要基因的發(fā)現(xiàn)與功能研究將迅速走向應(yīng)用 。擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要基因是轉(zhuǎn)基因新品種培育的基礎(chǔ)。自 1996 年轉(zhuǎn)基因作物商業(yè)化應(yīng)用以來，全球累計(jì)推廣面積已達(dá) 億畝， 2020 年推廣面積 已 達(dá) 億畝，約占全球耕地面積的 8%，種植轉(zhuǎn)基因作物的國(guó)家達(dá)到 25 個(gè)?！稗D(zhuǎn)基因小麥新品種培育” 項(xiàng)目需求分析調(diào)研報(bào)告 轉(zhuǎn)基因 生物 技術(shù)的 發(fā)展 ，推動(dòng)了常規(guī)育種技術(shù)的全面升級(jí)，大幅度提升了選育 植物優(yōu)良品種的能力，催生了新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，世界各國(guó)已累計(jì)批準(zhǔn) 23 種轉(zhuǎn)基因 作物商業(yè)化應(yīng)用 。目前跨國(guó)公司通過手中的專利基因，牢牢地控制著國(guó)際種業(yè)市場(chǎng)，世界各國(guó)越來越認(rèn)識(shí)到基因資源對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重大意義。 近年來，國(guó)際上在抗病蟲、抗逆、優(yōu)質(zhì)及資源高效利用相關(guān)基因克隆與功能驗(yàn)證方面取得較快的發(fā)展，為開展小麥轉(zhuǎn)基因育種提供了基礎(chǔ)。 Kong等 2020） ,β 1,3葡聚糖酶基因 (Li 等 . 2020), PR4(Bertini L等 2020), germlike 基因 TaGLP WIRTaGLP4(Wei等 1998。 Kong et al. (2020) 葡聚糖酶基因 抗病性 Li et al. (2020) GST 抗病性 Cummins et al. (2020) DHAR 抗逆性 Chen et al. (2020) PR9 抗病性 Baga et al (1995) OxO 抗病性 Liang et al (2020) RPL3 赤霉病抗性 Lucyshyn et al (2020) SM194,SM383,SM289,SM638 赤霉病抗性 Li et al(2020) Chi1 赤霉病抗性 Kong L R et al (2020) PR4 赤霉病抗性 Bertini L et al (2020) Cre3 線蟲抗性 Lagudah et al (1997) 抗逆基因 克隆 ： 在小麥中已分離出一些抗逆相關(guān)基因，如在抗逆性中直接發(fā)揮功能的編碼 LEA 蛋白 的基因 PMA80、 PMA195 PMA1949 以及脫水素基因 Wdhn13 （ LEA D11 家族）；受低溫脅迫誘導(dǎo)表達(dá)的 Wcor15， Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 TNHX1等。近年來，轉(zhuǎn)錄因 子基因 功能研究取得突破，成為抗逆轉(zhuǎn)基因研究的熱點(diǎn)。 小麥光能利用 相關(guān)基因克隆 ： 克隆了許多參與光合作用酶類的編碼基因 （見表 3） ，但是，這些基因在育種上的利用價(jià)值尚不十分清楚 。 小麥遺傳轉(zhuǎn)化研究起步雖晚，但發(fā)展較快。目前， 小麥轉(zhuǎn)基因方法 大體 可以分為兩大類：一是不依賴于組織培養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，如花粉管通道法、顯微注射法等；二是依賴組織培養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，包括基因槍法、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法、電擊穿孔法、 PEG 法等。 同時(shí)， 小麥供體應(yīng)避免病蟲害侵染及不適宜的溫度、濕度等，否則會(huì)影響供體組織的生理狀況和轉(zhuǎn)化時(shí)的細(xì)胞全能性。然而，基因槍法在轟擊過程中容易導(dǎo)致骨架載體的插入、 DNA 斷裂和多拷貝整 合等。 2020 年 Hu等 [21]對(duì)基因槍法和農(nóng)桿菌介導(dǎo)法的 小麥 轉(zhuǎn)化效果進(jìn)行了比較， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：農(nóng)桿菌介導(dǎo)法的轉(zhuǎn)化效率為 %，高于基因槍的 %；獲得單拷貝轉(zhuǎn)基因植株的幾率(60%)為基因槍法 (20%)的三倍多。 轉(zhuǎn)基因小麥 主要涉及抗病、抗蟲、抗逆、 抗除草劑 、 品質(zhì)改良、 提高產(chǎn)量 等 ，應(yīng)用 較多的為 抗病 (%)和品質(zhì)改良 (%)方面 (圖 1)。目前，利用 抗病 以及 防御反應(yīng) 相關(guān) 的基因 已經(jīng)獲得一些具有潛在利用價(jià)值的轉(zhuǎn)基因小麥材料 (表 4)。 (2) 抗菌肽及抗菌蛋白類基因 ： 如核糖體失活蛋白基因 [39]、 KP4[54]等。真菌侵染植物時(shí)，往往會(huì)釋放 一種多聚半乳糖醛酸酶，破壞植物細(xì)胞壁， PGIP 能特異性結(jié)合并抑制真菌多聚半乳糖醛酸酶活性，增強(qiáng)植物的抗病性。小麥 赤霉病 、紋枯病、根 腐病等重要病害在小麥品種中缺少抗源，挖掘抗病基因，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)制抗病小麥材料，將成為今后我國(guó)抗病轉(zhuǎn)基因小麥的研究重點(diǎn)。 近年來，由于全球 CO2 濃度不斷增加、耕作制度變化等使麥蚜的繁殖能力和適應(yīng)性顯著增強(qiáng) [57]， 其危害面積和危害程度正在不斷擴(kuò)大并日趨嚴(yán)重 。 凝集素是一類具有特異糖結(jié)合活性的蛋白，對(duì)蚜蟲等同翅目害蟲有很強(qiáng)的抗殺作用。 小麥抗蟲轉(zhuǎn)基因研究較少，約占 % (圖 1)。 [反 ]β法尼烯 (EβF)作為大多數(shù)蚜蟲報(bào)警信息素的主要成份，可以使蚜蟲產(chǎn)生騷動(dòng)、從植株上脫落，并吸引蚜蟲天敵。 表 5 抗 蟲轉(zhuǎn)基因小麥研究現(xiàn)狀 基因名稱 Gene introduced 基因來源 Species of introduced gene 功能 Trait 轉(zhuǎn)化方法 Transformation method 文獻(xiàn) Reference 雪花蓮凝集素基因 人工合成 抗蚜蟲 基因槍 [5859] 雪花蓮 抗蚜蟲 基因槍 [6061] 絲氨酸蛋白酶抑制基因 馬鈴薯 抗禾谷孢囊線蟲 農(nóng)桿菌介導(dǎo)法 [62] 胰蛋白酶抑制基