转基因小麦非预期效应评价

【作者】 姜奇彦； 牛风娟； 孙现军； 胡正； 李新海； 马有志； 张辉；

【机构】 中国农业科学院作物科学研究所；

【摘要】 【研究背景】随着全球水资源短缺日益严重,以及气候变化引起的极端气候灾害频发,抗逆特别是抗旱转基因小麦研究成为许多国家和国际研究机构研究的重点。我国转基因重大专项实施以来,在抗旱节水转基因小麦研发方面已取得重要进展,培育的转基因小麦新品系产量比区试对照增产10%以上,水分利用效率提高15%,达到了国际先进水平。DREB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。但由于转录因子所参与抗逆调控网络的复杂性,转DREB抗逆小麦的非预期效应也备受关注;【材料与方法】本研究选择转GmDREB1基因抗旱耐盐碱小麦T349及其受体济麦19,从表型、转录组(RNA-seq)、蛋白质组(iTRAQ)等水平,比较转基因小麦及其受体的表型及mRNA、miRNA和蛋白表达差异,评价转GmDREB1基因抗旱耐盐碱小麦T349的非预期效应及可能的环境安全性;【结果与分析】GmDREB1基因显著提高了转基因小麦T349的抗旱及耐盐能力,逆境条件下,GmDREB1基因过表达显著提高了转基因小麦的千粒重及根长,成为转基因小麦具有较高抗逆能力的表型基础。转基因小麦和受体之间的差异为转基因效应,在正常及盐胁迫条件下,转基因小麦和受体的根差异表达基因分别为7个和28个,差异表达蛋白分别为201和253个;不同环境条件下的差异为环境效应,T349和济麦19的根在盐胁迫和正常生长条件下差异表达基因分别为3198和3756个,差异表达蛋白分别为738和1011个。在基因表达及蛋白表达水平上都证明了转基因效应远远小于环境效应。应对逆境胁迫,除了共同变化的基因和蛋白,转基因小麦还启动了自已的调控网络,成为转基因小麦具有较高抗逆能力的分子基础。同时,在转基因小麦的种子中检测到23个和受体相比差异表达的miRNAs,差异表达miRNAs的靶基因都与提高小麦抗旱、耐盐能力相关,符合抗逆转基因小麦的产品概念;且在不同小麦品种间检测到更多的差异表达miRNAs,转基因效应远小于品种效应;【结论】从表型、转录组(RNA-seq)、蛋白质组(iTRAQ)等水平评价,GmDREB1基因过表达在转基因小麦T349的根系和种子中都没有启动非预期的调控网络。更多还原