转基因作物

转基因物或agrogentechnik是基因工程方法在植物育种领域的应用。 基因工程过程的结果是转基因植物。 特别是，该术语指的是生产转基因生物 (GMO) 的过程，其基因组中有针对性地引入了单个基因。 如果这些基因来自其他物种，就会产生转基因植物。 因此，转基因物是绿色生物技术的一部分，与“红色”生物技术和“白色”生物技术相对的“绿色”一词指的是对植物的应用。 目前，特别是抗除草剂和抗虫植物品种作为转基因植物销售。 转基因物是生物经济的一部分。

转基因物转移特定基因（与传统育种不同）。 它可以跨越物种边界以及其他跨越障碍（例如不育）。 另一方面，传统的植物育种通常使用自发或诱导突变作为替代方法，其表现形式是由外部影响（例如冷冲击或放射性辐射）引起的。 在这两种情况下，在进一步育种之前都需要对突变进行选择性筛选。

现代植物生理学经常研究植物的分子过程。 基因工程可以专门影响植物中基因的行为。 植物细胞包含 20,000 到 60,000 个基因，其功能仅部分已知。 即使在研究最深入的植物（拟南芥）中，也有超过一半的基因没有已知的功能。

为了了解基因的功能，通常需要修改基因的调​​控方式。 为此，通常检查三个不同的植物种群。 xxx个未改变的种群称为野生型。 在第二个种群中，要检查的基因被克隆到病毒启动子后面并转移到植物中。 这个群体越来越多地产生基因的基因产物（通常是蛋白质）。 该人群由过度表达者组成。 第三种群产生基因产物的程度较低（敲低）或根本不产生（敲除）。

复杂的调控机制也应该通过不仅考虑基因产物，而且还考虑细胞或植物内的整个变化来阐明。 这些方法旨在通过一种更有针对性的技术来扩展突变体的经典筛选，通过这种技术可以直接检查已识别的“候选基因”的影响。

除上述技术外，描述性技术也是基因工程植物研究的一部分。 使用聚合酶链式反应 (PCR) 克隆基因，使用定量 PCR 确定转录本的频率（构建蛋白质的说明），或者使用所谓的 DNA 芯片根据读取频率确定植物中的大多数基因。

在现代绿色基因工程中，农杆菌介导的基因水平转移是一项重要技术。 通过这种基因工程方法，可以将单个遗传因子从一种生物体的细胞转移到另一种生物体的细胞中。

体细胞杂交是另一项重要技术，它可以将不同亲本植物的所需性状组合起来。 与农杆菌介导的基因转移相比，无需鉴定和分离特定基因。 此外，这克服了只能将少数基因引入给定基因组的转化限制。 在细胞融合过程中，细胞中染色体的数量也可以成倍增加，即染色体组的数量（倍性程度）可以增加。 这可以提高植物的生产力增加。 分子标记或生化分析用于表征和选择由体细胞杂交产生的植物。

有许多基因工程方法，并非所有方法都能产生转基因植物。 自 20 世纪 90 年代后期以来，三种方法被广泛用于生产转基因植物：根癌农杆菌基因转移、基因枪基因转移和原生质体转化。 此外，近年来已经建立了精细的基因工程方法（同源基因、同源基因、基因组编辑），其中从其他物种转移基因只是几个不同应用领域之一。 最后，转基因植物也可以用作嫁接的砧木。

根癌农杆菌是一种将特殊质粒整合到植物基因组中的土壤细菌。 通过这种方式，根颈上的虫瘿作为栖息地，同时在植物中触发了某些营养物质的产生，即所谓的意见。 这在基因工程中得到了利用，通过关闭触发肿瘤形成和鸦片菌产生的质粒，并添加一个较小的质粒，该质粒具有先前在大肠杆菌（二元载体系统）中组装的外源基因。 然后用这些细菌菌株感染植物，选择转基因组织并通过体外培养重新长成完整的植物。

为了使根癌农杆菌能够转化植物细胞，它们必须在受到损伤时释放酚类物质，作为细菌的“引诱剂”。 由于很少有单子叶植物这样做，它的使用主要限于双子叶植物。 然而，通过添加适当的物质（例如乙酰丁香酮），应用领域可以扩展到包括一些单子叶植物甚至真菌。 另一个限制是根癌农杆菌只适用于转化细胞核的染色体。

另一方面，基因枪转移是一种纯机械的基因转移方法。 在这里，DNA 被应用于金或钨颗粒，然后以超过 1,300 m/s 的速度射入细胞。 这是在基因枪的帮助下完成的。

由于颗粒非常小，细胞和细胞壁基本上完好无损。 进一步的优点是该方法适用于任何生物的细胞，也可以应用于线粒体和质体的DNA，并且可能转移的基因数量相对较高。 但问题是，基因转移相对不稳定，往往只是所谓的“瞬时表达”，因此插入的DNA只是暂时活跃，过后又会丢失。 有时也会发生只有部分获得的组织由转化细胞组成的情况。

第三种可能的途径是原生质体转化。 在这里，待转化组织的细胞首先被果胶酶分离（参见原生​​质体培养），然后细胞壁被纤维素酶溶解（原生质体分离）。 以这种方式，仅获得由细胞膜结合在一起的原生质体。

对于实际的基因转移，要么将聚乙二醇添加到这些原生质体中，要么在短暂的电涌（电穿孔）后发生转移，这使得膜可以渗透 DNA。 虽然该方法可用于所有植物，但随后从原生质体再生植物极其困难。

转基因植物含有来自其他物种的基因，这些基因无法通过自然杂交进入植物。 一道天然屏障因此被跨越，其长期后果无法明确评估。 为了排除这些风险，开发了所谓的同源植物，它只包含来自可杂交物种的基因。 这个过程称为同源发生。 同源植物仅包含一个整合的 DNA 序列，该序列包含蛋白质编码基因及其调控序列（启动子和终止子）。 这种同源植物也可能​​来自自然杂交，但这需要长时间的回交以去除不需要的基因（连锁拖累）。