[发明专利]以微粒为媒介的大豆植物和品系的转化

说明书

本发明涉及植物及其相关物质的基因工程的一般领域，具体的是涉及通过以微粒为媒介的转化方法，将基因物质以物理方法引进到大豆植物的可再生的组织中而将外源基因物质转化到大豆植物品系的种系中。

关于植物品种的基因转化，目前人们已作了很多努力及研究，人们相信，可将外来基因转化到植物种系中的有效的方法的发展将得到试图扩大的商业上重要的作物品种的多种基因原种，并可得到一些可选择性地引入作物品种中的特别令人感兴趣的功能基因。有关于人们对植物品种的转化或基因工程的努力和研究迄今为止已成功地得到了结果，它们根据植物的品种而显著地变化。

在此以前已经应用的将外源基因引入植物的主要机理是采用单个植物细胞，如原生质体或在一来分化的组织群中，已知的如在胼胝中开始转化的。在植物细胞中起作用的嵌合基因已通过电处理(electroporation)和微量注射引入到单细胞植物的原生质体中。但是，迄今为止应用最广泛的转化技术已经利用了植物病原菌根癌土壤杆菌的自然特性，它具有将一部分包含在Ti(肿瘤诱导)质粒中的部分DNA转移到受感染的植物细胞中的遗传能力。通过将外来基因插入到带有某些Ti质粒顺序的土壤杆菌的质粒中，细菌的转化特性可用于将外来基因输送到受感染的植物细胞的基因组中。已发现，以土壤杆菌为媒介的植物细胞转化作用在很多类型的作物品种，如烟草，牵牛花和胡萝卜中可以进行得相当好，但是，它受到几个显著的限制。第一个限制是转化只能在组织培养水平上进行，较典型的是采用体细胞组织进行，然后，必须将它人为地再生成整株植物。这就限制了以土壤杆菌为媒介的基因转化到一些作物品种的适用范围，而这些作物可以容易地从一些可被土壤杆菌感染的典型的组织中再生。这个限制可能使以土壤杆菌为媒介的转化成为一个费力的过程，因为一些植物的再生尽管是可能的，但可能是一个需要很多操作和一些通常的已有技术的费力的、精细的过程。第二个限制是土壤杆菌的自然宿主范围只包括双子叶植物和有限量的百合科(Liliaceae)的单子叶品种。因此，以土壤杆菌为媒介的转化不被认为是商业上感兴趣的单子叶品种，如谷类作物的有效的“工具”。用以土壤杆菌为媒介的转化的另一个困难是在组织培养基的植物组织中会自发地产生一些克隆变异体，这样，就使转化体的鉴别变得复杂化了。

业已发现，至少一些嵌合基因结构对于在很多普通作物的植物细胞中的外来基因的表达是有效的。这些嵌合基因在单子叶及双子叶中的功能已经通过诸如电处理这样的技术，在培养基中进行玉米和大豆原生质体的转化而得到了演示，如Christou等，《Proc.Natl.Acad.Sci USA》84:3962-3966(1987)中揭示的。但是，尚未有从相应的原生质体中再生完整的大豆植物或其它几个重要作物品种的整株能生育的植物方法存在。例如，非整株的、完整的转化大豆植物已知可从原生质体中再生了。但是，大豆品系其它作物品种的基因转化是一个所期望的目标，因为普通作物植物的农业价值和改善它们的价值和产率的能力是所希望的。

实质上，大多数指导植物系的基因工程的策略都包括通常可以考虑的两个互补过程。第一个过程包括一个或多个具有特定性质类型的植物细胞的基因转化。转化过程通常定义为将一外来基因，通常为一嵌合基因引入单个植物细胞的基因组中，如较典型的发生于以土壤杆菌为媒介的转化中。第二个过程包括将转化后的植物细胞再生或培养为完整有性的感受态植物。整个策略的每一方面都不可能100％，或接近100％地成功，但是在每一方面均须具有相当的可靠度和再现性以致可以回收到一定数量的转化植物株。

上述两种过程，转化和再生必须是互补的。很明显，它们可以将一些现有技术尚不能再生的组织或细胞类转化到整株植物中。例如，使用电处理(electroporation)技术在具有外来基因体外转化大豆原生质体细胞是很容易的和可能的。但是，大豆原生质体不能再生。将现有技术尚不能成功地、遗传地转化的一定量不同组织和细胞类进行植物组织再生也是可能的。然而，整个过程的两个分开过程的互补性一定是这样的：通过转化过程可成功地、遗传地转化的组织一定是同一种类型和同一种性状的，而且必须是足够健康的、能感受的和有活力的。因此，它们可以成功地再生进能生育的整株植物中或可用于成功地产生胚芽系原生质，从而能产生含有外表基因的整株完整的能生育的植物。