植物遺傳基因可以修改嗎,科學(xué)家改變植物中的DNA對(duì)人類有什么益處？
這就是基因工程的一個(gè)分支植物遺傳基因可以修改嗎，舉個(gè)例子吧。袁隆平就是從宏觀上修改了一下水稻的基因，培育出高產(chǎn)量的水稻。植物基因工程是80年代開(kāi)始興起和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，它是在分子遺傳學(xué)的理論基礎(chǔ)上，綜合采用了分子生物學(xué)、微生物學(xué)和植物組織培養(yǎng)的現(xiàn)代方法和技術(shù)建立起來(lái)的，給園藝植物和農(nóng)作物提供了一條重要的品種改良途徑。
科學(xué)家改變植物中的DNA可以培育出新的自然界所不存在的物種，達(dá)到人類理想的目的，如白菜-甘藍(lán)（已經(jīng)上市），正在試驗(yàn)的番茄-馬鈴薯（地上結(jié)番茄，地下長(zhǎng)土豆），以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，解決糧食問(wèn)題。通過(guò)修改基因，可以培育出許多兼有多種植物品質(zhì)的新型作物，速生林，草坪用草等。
植物基因工程包括：
（1）抗病基因工程
植物抗病毒基因工程中，抗病毒基因工程進(jìn)展最快。自從將煙草花葉病毒（TMV）的外殼蛋白（Coat protein，CP）基因?qū)霟煵葜校l(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株發(fā)病時(shí)間明顯延遲，或病害的癥狀明顯減輕后，通過(guò)導(dǎo)入植物病毒的外殼蛋白基因來(lái)提高植物的抗病毒能力，己在多種植物病毒中進(jìn)行了試驗(yàn)。黃瓜花葉病毒（CMV）、馬鈴薯X病毒和Y病毒（PVX和PVY）、大豆花葉病毒（SMV）、苜?；ㄈ~病毒（AIMV）、木瓜環(huán)斑病毒等20多種病毒的外殼蛋白基因?qū)胫参锖?，均得到了類似的結(jié)果，使植物獲得對(duì)相應(yīng)病毒的抗性。有人發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)入一種病毒的外殼蛋白基因?qū)ζ渌壊《疽脖憩F(xiàn)出抗性。在我國(guó)，導(dǎo)入TMV和CMV外殼蛋白基因獲得的抗病毒煙草已在進(jìn)行田間試驗(yàn)，增產(chǎn)效果明顯。除外殼蛋白基因外，利用轉(zhuǎn)移病毒的反義RNA或衛(wèi)星RNA基因來(lái)提高植物的抗病毒能力，也獲得了不同程度的成功。此外，利用病毒復(fù)制酶基因（Replilcase）、核酶（ribozyme）基因以及植物本身編碼的抗病毒基因如核糖體失活蛋白基因（Ribosme Inactivating Protein，RIP）等等一些新的抗病毒基因也有獲得成功的報(bào)道。
對(duì)于細(xì)菌性病害，其途徑之一就是將病原菌基因?qū)胫参锛?xì)胞，使其過(guò)量表達(dá)，或表達(dá)失去原有功能的蛋白，或表達(dá)失去原有的時(shí)空性，從而干擾病原菌的正常生理代謝，使寄主植株表現(xiàn)出抗性。如菜豆毒素是菜豆假單胞桿菌中重要的致病因子，其作用機(jī)理是抑制植物本身存在的鳥(niǎo)氨酸氨甲酰基轉(zhuǎn)移酶（OCTase），而菜豆假單胞桿菌本身存在抗菜豆毒素的OCTase，轉(zhuǎn)編碼該酶基因的煙草在接種菜豆毒素后不表現(xiàn)系統(tǒng)病癥，而對(duì)照植株則表現(xiàn)花葉退綠，最終死亡。
殺菌肽可破壞細(xì)菌細(xì)胞膜，改變細(xì)胞內(nèi)外滲透壓，細(xì)胞內(nèi)容物尤其是K＋的外滲，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。溶菌酶可裂解某些細(xì)菌胞壁的多糖組分并溶解它們。溶菌酶基因和多種殺菌肽基因已被克隆并轉(zhuǎn)入煙草，轉(zhuǎn)基因植株對(duì)細(xì)菌有一定的抗性。
控制真菌的關(guān)鍵，取決于對(duì)植物與病原真菌相互作用的分子機(jī)理的了解。目前已知植物防衛(wèi)反應(yīng)主要表現(xiàn)在誘導(dǎo)產(chǎn)生或激活抗菌物質(zhì)和增強(qiáng)胞壁結(jié)構(gòu)兩方面，因此抗真菌病害基因工程應(yīng)主要從這兩方面著手。
幾丁質(zhì)酶基因和β-1,3-葡聚糖酶基因的產(chǎn)物均能降解許多真菌的細(xì)胞壁主要成分幾丁質(zhì)和β-1,3-葡聚糖，兩者之間有協(xié)同作用，從而抑制真菌的生長(zhǎng)繁殖。多種幾丁質(zhì)酶已被克隆并轉(zhuǎn)入煙草、番茄，轉(zhuǎn)化植株表現(xiàn)了抗真菌的特性。
植物抗毒素是植物產(chǎn)生的對(duì)一些不同種類的病原菌具有毒性的物質(zhì)，亦稱植保素。它的合成受真菌侵染、傷害和紫外輻射等的誘導(dǎo)。不同植物產(chǎn)生不同的抗毒素，病菌對(duì)非寄主植物的抗毒素敏感性較強(qiáng)。目前已鑒定了200多種植保素，其中以類黃酮與類萜類植保素研究最多。從葡萄中分離出的一種植物抗毒素3,4,5-三羥 合成酶基因?qū)霟煵莺?，轉(zhuǎn)基因植株與對(duì)照相比表現(xiàn)出對(duì)病原菌（Botrytis cinerea）更強(qiáng)的抗性。
苯丙烷代謝過(guò)程中的代謝次生產(chǎn)物包括預(yù)防性抗菌物質(zhì)（如木質(zhì)素）、誘導(dǎo)性抗性物質(zhì)（如植保素）及與防御屏障有關(guān)的細(xì)胞壁分類物質(zhì)。過(guò)氧化物酶催化苯基類丙烷醇脫氫聚合最終合成木質(zhì)素，并催化細(xì)胞壁蛋白與多糖分子之間的交聯(lián)。
此外導(dǎo)入植物的核糖體滅活蛋白（RIP）抗真菌性病害也有報(bào)道。
（2）抗蟲(chóng)基因工程 ...展開(kāi)這就是基因工程的一個(gè)分支，舉個(gè)例子吧。袁隆平就是從宏觀上修改了一下水稻的基因，培育出高產(chǎn)量的水稻。植物基因工程是80年代開(kāi)始興起和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，它是在分子遺傳學(xué)的理論基礎(chǔ)上，綜合采用了分子生物學(xué)、微生物學(xué)和植物組織培養(yǎng)的現(xiàn)代方法和技術(shù)建立起來(lái)的，給園藝植物和農(nóng)作物提供了一條重要的品種改良途徑。
科學(xué)家改變植物中的DNA可以培育出新的自然界所不存在的物種，達(dá)到人類理想的目的，如白菜-甘藍(lán)（已經(jīng)上市），正在試驗(yàn)的番茄-馬鈴薯（地上結(jié)番茄，地下長(zhǎng)土豆），以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，解決糧食問(wèn)題。通過(guò)修改基因，可以培育出許多兼有多種植物品質(zhì)的新型作物，速生林，草坪用草等。
植物基因工程包括：
（1）抗病基因工程
植物抗病毒基因工程中，抗病毒基因工程進(jìn)展最快。自從將煙草花葉病毒（TMV）的外殼蛋白（Coat protein，CP）基因?qū)霟煵葜?，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株發(fā)病時(shí)間明顯延遲，或病害的癥狀明顯減輕后，通過(guò)導(dǎo)入植物病毒的外殼蛋白基因來(lái)提高植物的抗病毒能力，己在多種植物病毒中進(jìn)行了試驗(yàn)。黃瓜花葉病毒（CMV）、馬鈴薯X病毒和Y病毒（PVX和PVY）、大豆花葉病毒（SMV）、苜蓿花葉病毒（AIMV）、木瓜環(huán)斑病毒等20多種病毒的外殼蛋白基因?qū)胫参锖螅玫搅祟愃频慕Y(jié)果，使植物獲得對(duì)相應(yīng)病毒的抗性。有人發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)入一種病毒的外殼蛋白基因?qū)ζ渌壊《疽脖憩F(xiàn)出抗性。在我國(guó)，導(dǎo)入TMV和CMV外殼蛋白基因獲得的抗病毒煙草已在進(jìn)行田間試驗(yàn)，增產(chǎn)效果明顯。除外殼蛋白基因外，利用轉(zhuǎn)移病毒的反義RNA或衛(wèi)星RNA基因來(lái)提高植物的抗病毒能力，也獲得了不同程度的成功。此外，利用病毒復(fù)制酶基因（Replilcase）、核酶（ribozyme）基因以及植物本身編碼的抗病毒基因如核糖體失活蛋白基因（Ribosme Inactivating Protein，RIP）等等一些新的抗病毒基因也有獲得成功的報(bào)道。
對(duì)于細(xì)菌性病害，其途徑之一就是將病原菌基因?qū)胫参锛?xì)胞，使其過(guò)量表達(dá)，或表達(dá)失去原有功能的蛋白，或表達(dá)失去原有的時(shí)空性，從而干擾病原菌的正常生理代謝，使寄主植株表現(xiàn)出抗性。如菜豆毒素是菜豆假單胞桿菌中重要的致病因子，其作用機(jī)理是抑制植物本身存在的鳥(niǎo)氨酸氨甲酰基轉(zhuǎn)移酶（OCTase），而菜豆假單胞桿菌本身存在抗菜豆毒素的OCTase，轉(zhuǎn)編碼該酶基因的煙草在接種菜豆毒素后不表現(xiàn)系統(tǒng)病癥，而對(duì)照植株則表現(xiàn)花葉退綠，最終死亡。
殺菌肽可破壞細(xì)菌細(xì)胞膜，改變細(xì)胞內(nèi)外滲透壓，細(xì)胞內(nèi)容物尤其是K＋的外滲，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。溶菌酶可裂解某些細(xì)菌胞壁的多糖組分并溶解它們。溶菌酶基因和多種殺菌肽基因已被克隆并轉(zhuǎn)入煙草，轉(zhuǎn)基因植株對(duì)細(xì)菌有一定的抗性。
控制真菌的關(guān)鍵，取決于對(duì)植物與病原真菌相互作用的分子機(jī)理的了解。目前已知植物防衛(wèi)反應(yīng)主要表現(xiàn)在誘導(dǎo)產(chǎn)生或激活抗菌物質(zhì)和增強(qiáng)胞壁結(jié)構(gòu)兩方面，因此抗真菌病害基因工程應(yīng)主要從這兩方面著手。
幾丁質(zhì)酶基因和β-1,3-葡聚糖酶基因的產(chǎn)物均能降解許多真菌的細(xì)胞壁主要成分幾丁質(zhì)和β-1,3-葡聚糖，兩者之間有協(xié)同作用，從而抑制真菌的生長(zhǎng)繁殖。多種幾丁質(zhì)酶已被克隆并轉(zhuǎn)入煙草、番茄，轉(zhuǎn)化植株表現(xiàn)了抗真菌的特性。
植物抗毒素是植物產(chǎn)生的對(duì)一些不同種類的病原菌具有毒性的物質(zhì)，亦稱植保素。它的合成受真菌侵染、傷害和紫外輻射等的誘導(dǎo)。不同植物產(chǎn)生不同的抗毒素，病菌對(duì)非寄主植物的抗毒素敏感性較強(qiáng)。目前已鑒定了200多種植保素，其中以類黃酮與類萜類植保素研究最多。從葡萄中分離出的一種植物抗毒素3,4,5-三羥 合成酶基因?qū)霟煵莺螅D(zhuǎn)基因植株與對(duì)照相比表現(xiàn)出對(duì)病原菌（Botrytis cinerea）更強(qiáng)的抗性。
苯丙烷代謝過(guò)程中的代謝次生產(chǎn)物包括預(yù)防性抗菌物質(zhì)（如木質(zhì)素）、誘導(dǎo)性抗性物質(zhì)（如植保素）及與防御屏障有關(guān)的細(xì)胞壁分類物質(zhì)。過(guò)氧化物酶催化苯基類丙烷醇脫氫聚合最終合成木質(zhì)素，并催化細(xì)胞壁蛋白與多糖分子之間的交聯(lián)。
此外導(dǎo)入植物的核糖體滅活蛋白（RIP）抗真菌性病害也有報(bào)道。
（2）抗蟲(chóng)基因工程
蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thurigiensis，Bt）制劑長(zhǎng)期以來(lái)即用于多種蟲(chóng)害的生物防冶，因其產(chǎn)生的伴胞晶體蛋白對(duì)多種昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)有很強(qiáng)的毒殺作用，故稱為殺蟲(chóng)晶體蛋白（insecticidal crysta1 protein，ICP）。它對(duì)脊椎動(dòng)物無(wú)毒害，對(duì)環(huán)境安全，不同的菌株可產(chǎn)生不同的殺蟲(chóng)晶體蛋白，從而表現(xiàn)出對(duì)不同昆蟲(chóng)毒性的專一性。對(duì)鱗翅目、雙翅目和鞘翅目昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)具有專一性毒殺作用的蘇云金芽孢桿菌菌株均已獲得。另外還發(fā)現(xiàn)同一菌株可產(chǎn)生不同的殺蟲(chóng)晶體蛋白，如表現(xiàn)為對(duì)鱗翅目和鞘翅目昆蟲(chóng)均有毒殺力的菌株。
自從將Bt毒蛋白基因?qū)藷煵莺头巡⒈磉_(dá)，表現(xiàn)出抗蟲(chóng)特性以來(lái)，已相繼獲得抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因玉米、水稻、馬鈴薯、甘藍(lán)、棉花、楊樹(shù)等。由于Bt毒蛋白基因是原核生物的基因，直接轉(zhuǎn)入植物效果不明顯，通過(guò)將編碼氨基酸的密碼子改變?yōu)橹参锼珢?ài)的堿基，結(jié)果使之在植物中的表達(dá)量大大增加，這已在轉(zhuǎn)Bt抗蟲(chóng)棉上獲得成功。
除了Bt毒蛋白之外，人們也在探索其它的抗蟲(chóng)基因，比較成功的是利用植物的蛋白酶抑制物。因蛋白酶抑制物能抑制昆蟲(chóng)消化系統(tǒng)中的蛋白酶，從而抑制蛋白質(zhì)的降解，導(dǎo)致昆蟲(chóng)消化不良而影響其生長(zhǎng)發(fā)育，甚至死亡。Hinder等將編碼豇豆胰蛋白酶抑制物（CpTI）的基因轉(zhuǎn)移到煙草后，明顯增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因煙草對(duì)煙草夜蛾（Heliothis virescens）幼蟲(chóng)的抗性。利用麥胚凝集素基因（WGA）、雪花蓮（Galanthus nivalis）外源凝集素（GNA）基因、α-淀粉酶抑制物（a-AI）基因?qū)氩煌淖魑镏?，也表現(xiàn)出明顯增加抗蟲(chóng)性。特別是GNA，由于其對(duì)蚜蟲(chóng)和稻飛虱等害蟲(chóng)的毒性，不少實(shí)驗(yàn)室正在對(duì)其抗蟲(chóng)基因工程進(jìn)行深入研究。此外，一些昆蟲(chóng)毒素（蝎子神經(jīng)毒素、蜘蛛殺蟲(chóng)肽等）基因也已被用于抗蟲(chóng)基因工程，如將蜘蛛殺蟲(chóng)肽基因?qū)藷煵?，轉(zhuǎn)基因煙草表現(xiàn)出對(duì)棉鈴蟲(chóng)有較強(qiáng)的抗性。
（3）抗除草劑基因工程
化學(xué)除草劑在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中起著十分重要的作用，新的除草劑也不斷出現(xiàn)，作為一個(gè)理想的除草劑，必須具有高效、廣譜的殺草能力，而且對(duì)作物及人畜無(wú)害，在土壤中的殘留期要短，還不能增加大多的農(nóng)業(yè)成本。但是現(xiàn)在要開(kāi)發(fā)出一種新的符合上述要求的除草劑，成本已越來(lái)越高。通過(guò)基因工程技術(shù)來(lái)提高除草劑的選擇性以及對(duì)作物的安全性，無(wú)疑具有重要的意義。同時(shí)，在作物中導(dǎo)入抗除草劑基因，也使人們?cè)谶x擇適于輪作或套作的作物種類上有較大的自由。在進(jìn)行抗除草劑基因工程研究時(shí)，有兩條途徑可供選擇：一是導(dǎo)入編碼特定除草劑作用的靶酶或靶蛋白的基因，使之產(chǎn)生過(guò)量靶酶或靶蛋白；或?qū)胗煽剐酝蛔凅w（微生物或植物）克隆的突變基因，由其產(chǎn)生的靶酶或靶蛋白對(duì)該除草劑的敏感性發(fā)生改變，從而獲得對(duì)該除草劑的抗性。利用這一原理成功的例子有抗草甘膦（g1yphosate）、磺酰脲類（sulfonylunea）、均三氮苯類（triazines）等除草劑的轉(zhuǎn)基因作物。如草甘膦專一性的抑制芳香族氨基酸生物合成途徑中的EPSPS酶（烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合成酶）。矮牽牛的抗草甘膦突變體，由于基因過(guò)量擴(kuò)增，產(chǎn)生約20倍于野生型的EPSPS酶，分離該酶的基因或其片段，導(dǎo)入矮牽牛細(xì)胞，形成的愈傷組織中EPSPS酶的活性增加了20~40倍，由之再生形成了抗性轉(zhuǎn)基因植物；沙門(mén)氏菌（SalmonelIa）基因組中編碼EPSPS酶的aroA基因有一種點(diǎn)突變，將克隆的此突變aroA基因?qū)霟煵荩墒罐D(zhuǎn)基因煙草產(chǎn)生對(duì)草甘膦的抗性，至今已獲得的aroA轉(zhuǎn)基因番茄、油菜、大豆、楊樹(shù)等，在田間試驗(yàn)中均表現(xiàn)出良好的抗性。②二是導(dǎo)入表達(dá)產(chǎn)物可以使除草劑解毒的外源基因。如bar基因，編碼PPT乙酰轉(zhuǎn)移酶，導(dǎo)入煙草、番茄和馬鈴薯等作物后，使作物獲得抗除草劑PPT（phosphinothricin，膦化麥黃酮）的能力。
總之，由于不同類型除草劑的作用機(jī)理不同，所以選擇的途徑也各異。至今抗除草劑大豆已在美國(guó)和阿根廷大面積推廣，抗除草劑的“canola”油菜在加拿大也已進(jìn)入商品化生產(chǎn)，抗除草劑轉(zhuǎn)基因作物的種植面積，已從1996年的60hm2增加到1997年的690萬(wàn)hm2，占所有轉(zhuǎn)基因作物種植面積的54％，躍居首位。
（4）抗逆基因工程
脯氨酸、甜菜堿、葡萄糖等一些小分子化合物與植物忍受環(huán)境滲透脅迫的能力有關(guān)，如果將與脯氨酸或甜菜堿合成有關(guān)的酶的基因克隆后轉(zhuǎn)入植物，有可能提高作物對(duì)干旱和鹽堿脅迫的抗性。中科院遺傳研究所已將山菠菜的甜菜堿醛脫氫酶（BADH）基因?qū)霟煵?、草莓和水稻，明顯提高了轉(zhuǎn)基因植物的耐鹽性。將細(xì)菌參與甘露醇和山梨醇合成的酶的基因克隆后導(dǎo)入煙草，也有提高耐鹽性的作用。脯氨酸的積累還與根尖的滲透調(diào)節(jié)有關(guān)，這使經(jīng)受干旱脅迫的根得以正常生長(zhǎng)。因此，如能更好地考慮不同器官所表現(xiàn)出的差異，構(gòu)建能在不同器官專一表達(dá)的外源基因，就可望產(chǎn)生新的抗逆性強(qiáng)的作物。
酸性土壤中鋁對(duì)作物的毒害作用是熱帶、亞熱帶地區(qū)的嚴(yán)重問(wèn)題。從細(xì)菌中克隆的一種檸檬酸合成酶基因，導(dǎo)人煙草后轉(zhuǎn)基因植物中檸檬酸合成酶活性提高，由其根系釋放出大量擰檬酸，表現(xiàn)出明顯的耐鋁性，在Al3+濃度達(dá)200μmol／L時(shí)仍能存活生長(zhǎng)。
通過(guò)改變膜脂成分以維持低溫條件下膜的流動(dòng)性，已證明對(duì)植物的耐寒性有重要意義。Wada等已從一種抗寒的集胞藍(lán)細(xì)菌屬（Synechocystis）藍(lán)綠藻中，克隆了一個(gè)與脂肪酸不飽和度有關(guān)的基因DesA，并導(dǎo)入另一個(gè)不耐寒的藍(lán)綠藻巢狀組囊藍(lán)細(xì)菌（Anacystis），改變了后者膜脂的組成，從而使其光合作用在5℃下也不受明顯抑制。Murata等通過(guò)向煙草導(dǎo)入擬南芥葉綠體的甘油-3-磷酸乙酰轉(zhuǎn)移酶基因，以調(diào)節(jié)葉綠體膜脂的不飽和度，使獲得的轉(zhuǎn)基因煙草抗寒性增強(qiáng)。
此外，也可通過(guò)基因工程技術(shù)調(diào)控植物體內(nèi)與抗氧化物形成有關(guān)酶類的活性以提高作物抵抗環(huán)境脅迫能力。
（5）提高果實(shí)耐貯性
通過(guò)基因工程延遲果實(shí)成熟和衰老過(guò)程，主要是從改變果實(shí)細(xì)胞壁降解酶活性和抑制成熟激素乙烯的生成兩個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。
果實(shí)細(xì)胞壁降解與果膠酶（多聚半乳糖醛酸酶PG和果膠甲酯酶PE）活性有關(guān)，通過(guò)PG和PE的克隆和反義遺傳轉(zhuǎn)化所獲得番茄轉(zhuǎn)基因植株。果實(shí)PG酶和PE酶活性受到顯著抑制，從而延遲果實(shí)的成熟。美國(guó)Calgene公司已將反義PG cDNA導(dǎo)入到番茄中，育成“FLAVRSAVR”轉(zhuǎn)基因品種，于1994年批準(zhǔn)上市，這是植物基因工程最早商品化的例子。
乙烯有促進(jìn)成熟的作用，抑制乙烯的合成就可延緩果實(shí)成熟。Yang(1995)已闡明了乙烯的生物合成途徑，通過(guò)對(duì)乙烯合成途徑中某些環(huán)節(jié)的抑制或支路途徑的加強(qiáng)可最終減少乙烯生成量。目前在番茄乙烯生物合成最后的酶即ACC氧化酶（ACC oxidase）活性；二是通過(guò)用反義基因抑制ACC合成酶（ACC synthase）的表達(dá)活性；三是增強(qiáng)SAM脫羧酶活性，增強(qiáng)SAM的分解；四是增強(qiáng)SAM水解酶活性。前兩種方法是從植物或細(xì)菌中分離出有關(guān)酶基因進(jìn)行反義基因克隆和載體的構(gòu)建和轉(zhuǎn)化，獲得反義轉(zhuǎn)基因植株，阻止了乙烯的生成，后兩種途徑是導(dǎo)入有義基因，增強(qiáng)某些基因活性，減少乙烯前體物的形成量，從而抑制乙烯的生成。葉志彪等利用ACC氧化酶反義基因轉(zhuǎn)化番茄育成了華番一號(hào)，其葉片和果實(shí)ACC氧化酶活性和乙烯生成受到顯著抑制，番茄果實(shí)在常溫下貯藏性大大提高，已經(jīng)商品化生產(chǎn)。
（6）品質(zhì)改良基因工程
隨著對(duì)植物各種生理生化過(guò)程分子基礎(chǔ)研究的深入，人們?cè)噲D利用基因工程的方法來(lái)調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育和代謝過(guò)程，以達(dá)到改良作物品質(zhì)的目的。這主要集中在以下三個(gè)方面：種子及其他貯藏器官（塊莖、塊根、鱗莖等）中蛋白質(zhì)的含量及其氨基酸組成、淀粉和其他多糖化合物以及脂類物質(zhì)的組成。這些品質(zhì)直接關(guān)系到其產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或工業(yè)用途。由于不少貯藏蛋白的基因或與這些貯藏物質(zhì)代謝過(guò)程有關(guān)的酶的基因已經(jīng)克隆，通過(guò)導(dǎo)入有關(guān)的基因或相應(yīng)的反義RNA基因，就有可能通過(guò)調(diào)控有關(guān)的代謝過(guò)程而改變這些器官中的物質(zhì)組成，甚至使植物產(chǎn)生新的或者修飾過(guò)的化合物。
在蛋白質(zhì)的改良方面，由于特定的作物種子往往缺少某幾種必需氨基酸，人們的注意力集中在通過(guò)基因工程改變蛋白質(zhì)的必需氨基酸的組成，從而改善植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。例如，將人工合成的富含必需氨基酸的DNA片段（HEAAE DNA）導(dǎo)入馬鈴薯，并在馬鈴薯塊莖的特定貯臧蛋白基因的啟動(dòng)子作用下，使之在塊莖中高效表達(dá)；我國(guó)學(xué)者將從玉米種子克隆的富含必需氨基酸的玉米醇溶蛋白（Zein）基因，用馬鈴薯塊莖專一性表達(dá)的啟動(dòng)子啟動(dòng)導(dǎo)入馬鈴薯后，田間轉(zhuǎn)基因植物的塊莖中必需氨基酸含量提高10％以上，含硫氨基酸的增加尤為顯著。除了考慮改變蛋白質(zhì)中必需氨基酸組成外，也可考慮通過(guò)增加特定必需氨基酸的合成來(lái)提高它在植物特定器官中的含量。例如，向植物導(dǎo)人對(duì)賴氨酸的反饋抑制下敏感的大腸桿菌的二羥基吡啶羧酸合酶（DHPS）基因，在轉(zhuǎn)基因煙草中游離的賴氨酸濃度增加15倍。
利用基因工程改造淀粉的目標(biāo)有兩個(gè)：一是提高淀粉的質(zhì)量。通過(guò)導(dǎo)入淀粉合成酶的反義RNA基因，改變馬鈴薯直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例已獲成功；二是提高淀粉的含量。在淀粉合成中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（ADP-glucose pyrophosphorylase）是關(guān)鍵酶。Mosanto公司由大腸桿菌的突變體克隆了不受反饋抑制的ADP-葡萄糖焦磷酸化酶基因，將它轉(zhuǎn)入馬鈴薯后可使塊莖的淀粉和干物質(zhì)含量平均增加24％。相反，若導(dǎo)入該酶反義RNA基因，則淀粉含量下降到只有對(duì)照的2％，而蔗糖和葡萄糖含量分別上升到干物質(zhì)含量的30％和8％。此外，通過(guò)對(duì)碳代謝過(guò)程中有關(guān)酶的基因的調(diào)節(jié)，將可能有效地調(diào)控一些重要糖類物質(zhì)的合成和積累。如用玉米蔗糖磷酸合成酶（SPS）的基因，以RubisCO啟動(dòng)子啟動(dòng)，轉(zhuǎn)基因番茄葉中SPS酶活性增加6倍，從而導(dǎo)致淀粉合成下降，而蔗糖增加。
在改變油料作物油脂的組成方面，主要目標(biāo)是改變油脂的不飽和度以及脂肪鏈的長(zhǎng)度?，F(xiàn)已克隆出很多與脂肪代謝有關(guān)的基因，如乙酰載體蛋白（ACP），β-酮酯酰ACP合成酶，β-酮酯酰還原酶，β-烯酯酰ACP還原酶，十八烯酸ACP脫氫酶，3-磷酸甘油乙酰轉(zhuǎn)移酶等。通過(guò)導(dǎo)入硬脂酸-ACP脫氫酶（stearoyI ACP desaturage，即Δ9脫氫酶）的反義RNA基因，在轉(zhuǎn)基因油菜種子中硬脂酸的含量由2％增加到40％，即增加了約20倍。將鼠的編碼此酶的基因?qū)藷煵莺?，在部分轉(zhuǎn)基因愈傷組織和轉(zhuǎn)基因植物的葉片中，脂肪酸16:1/16:0及18:1/18:0（含量比）明顯提高。芥酸在工業(yè)上的應(yīng)用十分重要，不少研究者希望通過(guò)基因工程技術(shù)，將現(xiàn)有的高芥酸油菜品種“HFAR”（脂肪酸中約含50％的芥酸）的芥酸含量進(jìn)一步提高到90％以上，使之成為一種更經(jīng)濟(jì)實(shí)用的芥酸來(lái)源，成為石化產(chǎn)品的一種理想取代品。
回答者：長(zhǎng)安大學(xué)08級(jí)生物工程班某同學(xué)（回答中參考專業(yè)課本）收起
