麻類主要有紅麻（Hibiscuscannabinus）、黃麻（Corchoruscapsularis）、亞麻（Linumnumusitatissimum）、苧麻（Boehmerianivea）、大麻（Cannabisstative）等，它們在植物分類中并不屬于同一科或?qū)伲鼈兌加匈|(zhì)地堅(jiān)韌的纖維，可作為紡織業(yè)和造紙業(yè)的原材料。我國是世界主要產(chǎn)麻國之一，也是麻類作物品種最多的國家。麻類作物還是包裝及繩索等制造工業(yè)的重要原料，是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物。因此，愈來愈多的科研工作者對(duì)麻類作物進(jìn)行了利用各種手段改良其產(chǎn)量及品質(zhì)的研究工作。
自1983年利用基因工程手段首次獲得轉(zhuǎn)基因植株以來（煙草），基因工程技術(shù)在短短的20多年時(shí)間里得到了迅猛發(fā)展。到2001年，全球共正式批準(zhǔn)各種轉(zhuǎn)基因植物120多個(gè)品種（系），已有15個(gè)以上的國家種植轉(zhuǎn)基因植物，總面積已超過5200萬公頃。1983年Hepburn等用根癌農(nóng)桿菌侵染亞麻上胚軸得到亞麻腫瘤株系，自此開始了麻類作物基因工程的育種研究。基因工程應(yīng)用于麻類作物，在其種質(zhì)資源的創(chuàng)新中逐漸顯示出了強(qiáng)大的生命力和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
一、抗病蟲害基因工程方面的研究
經(jīng)過多年的相關(guān)研究，國內(nèi)外研究工作者在紅麻、亞麻、苧麻等麻類作物的抗病蟲害轉(zhuǎn)基因研究中取得了可喜的成就。其中以紅麻轉(zhuǎn)抗病蟲基因工程研究居多。
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所與國際黃麻組織（IJO）合作，用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將抗真菌病害基因（幾丁質(zhì)酶基因與β-1，3-葡聚糖酶基因）和抗蟲基因（Bt基因）導(dǎo)入紅麻子葉細(xì)胞，得到了轉(zhuǎn)基因后代植株。據(jù)報(bào)道，福建農(nóng)林大學(xué)的研究者利用雙價(jià)抗蟲基因Pta-3300-Bt混合導(dǎo)入紅麻優(yōu)良品種中，已獲得1500多個(gè)轉(zhuǎn)基因品系，正在進(jìn)行株系的田間和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的系統(tǒng)鑒定，有望選育出抗蟲轉(zhuǎn)基因紅麻新品種。祁建民等用花粉管法將抗蟲質(zhì)粒DNA導(dǎo)入受體紅麻品種福紅952，在受體品種中獲得了Bt抗蟲目的基因的表達(dá)。分別用PCR和Southern雜交技術(shù)，對(duì)所轉(zhuǎn)化的紅麻轉(zhuǎn)基因4個(gè)世代的株系進(jìn)行分子驗(yàn)證，結(jié)果在4個(gè)世代中都檢測到Bt抗蟲目的基因片段，說明外源基因已經(jīng)整合到紅麻的基因組中并獲得了穩(wěn)定遺傳。
亞麻方面，王毓美等用含有幾丁質(zhì)酶（rc24）基因（上游為CaMV35S啟動(dòng)子和Act1啟動(dòng)子，下游為NOS終止子）和新霉素磷酸轉(zhuǎn)移酶（npt1I）基因的農(nóng)桿菌LBA4404內(nèi)含已去除了T-DNA上的致癌基因的pYAO24質(zhì)粒為供體進(jìn)行亞麻轉(zhuǎn)化，得到了具有100mg/L抗性的轉(zhuǎn)化植株；對(duì)植株葉片愈傷組織的過氧化物酶及酯酶同工酶分析表明，轉(zhuǎn)化株與對(duì)照系具有明顯的差異，推斷幾丁質(zhì)酶基因已經(jīng)進(jìn)入亞麻基因組。
苧麻抗病蟲害轉(zhuǎn)基因研究也取得了一定的進(jìn)展。陳建榮等用農(nóng)桿菌LBA4404（pBI121-antiBNCCoAOMT）侵染苧麻的試管苗葉片，建立了苧麻葉片遺傳轉(zhuǎn)化體系，并獲得了抗卡那霉素植株?？兹A等通過含有輪狀病毒外殼抗原蛋白VP4基因的根癌農(nóng)桿菌，用葉盤轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化苧麻栽培品種圓葉青，初步獲得了輪狀病毒外殼蛋白VP4的轉(zhuǎn)基因苧麻植株。另有研究者通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將Bt基因?qū)肫r麻體內(nèi)，獲得了16株轉(zhuǎn)化植株，經(jīng)點(diǎn)雜交和PCR-Southern分析，有12株苧麻轉(zhuǎn)化植株基因組中整合有外源Bt基因。
上述研究成果為麻類作物抗病蟲害轉(zhuǎn)基因新品種以及種質(zhì)資源的創(chuàng)新奠定了初步的物質(zhì)基礎(chǔ)，也為該領(lǐng)域的研究提供了經(jīng)驗(yàn)以及理論基礎(chǔ)。
二、抗除草劑轉(zhuǎn)基因研究
麻類作物中，抗除草劑轉(zhuǎn)基因研究目前只在紅麻、亞麻中取得了一些成就，其他麻類作物的研究鮮見報(bào)道。
曹德菊等用花粉管法將外源抗除草劑Bar基因?qū)爰t麻，并對(duì)有效導(dǎo)入方法及參數(shù)進(jìn)行了研究，通過PCR檢測及Southern雜交對(duì)所獲得的轉(zhuǎn)抗除草劑基因紅麻進(jìn)行了分子水平的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)外源抗除草劑基因已整合進(jìn)紅麻基因組中。王玉富等以纖維用亞麻品種黑亞11號(hào)為材料，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將Bar基因轉(zhuǎn)入亞麻，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)目的基因已經(jīng)整合到亞麻基因組中。隨著除草劑的廣泛使用，其藥害已經(jīng)成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素之一，危害僅次于有害生物造成的損失。因此，開展抗除草劑育種，是作物育種的新育種目標(biāo)之一，該方面的研究有待加強(qiáng)。作為一種新的育種輔助手段，基因工程憑借其目的性強(qiáng)的優(yōu)越性，必將在這一研究領(lǐng)域取得更大的成功。
三、抗逆性轉(zhuǎn)基因研究
目前，各種作物都已開展了抗逆性轉(zhuǎn)基因育種，并取得一定的成就，而麻類作物的抗逆性轉(zhuǎn)基因研究主要在紅麻、亞麻中有見報(bào)道。福建農(nóng)林大學(xué)用花粉管通道法將耐鹽基因SaNHXP導(dǎo)入優(yōu)良紅麻品種福紅992，從1500個(gè)轉(zhuǎn)基因株系中篩選出5個(gè)耐7‰鹽堿度的抗鹽堿植株，目前正在進(jìn)行田間和室內(nèi)鑒定試驗(yàn)?？祽c華等用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將抗鹽和低溫脅迫基因HY15CS導(dǎo)入單倍體亞麻，獲得抗性再生植株24株，從15株生長健壯的再生植株中用PCR檢測到3株陽性植株，陽性率達(dá)20%。
四、品質(zhì)育種轉(zhuǎn)基因研究
麻類作物品質(zhì)育種基因工程方面的報(bào)道較少，僅紅麻和黃麻各1例。浙江省蕭山棉麻研究所以改良紅麻纖維品質(zhì)為目的的外源DNA導(dǎo)入紅麻獲得了成功。林荔輝等將黃麻基因組DNA通過花粉管通道法導(dǎo)入紅麻中，并首次獲得2份莖稈光滑無刺的稀有紅麻早熟突變體901和902，并通過雜交、回交和多代定向選擇的遺傳改良，育成了莖桿光滑無刺的紅麻新型品種金山無刺，并從中選育出中偏遲熟油麻兼用紅麻新型品種金光1號(hào)。
五、麻類作物相關(guān)基因克隆
麻類作物基因克隆的研究內(nèi)容，主要集中于亞麻和苧麻2種作物。亞麻是一種重要的韌皮纖維作物，木質(zhì)素對(duì)亞麻纖維的性能和品質(zhì)具有較大影響。高原等以亞麻莖桿表皮細(xì)胞的mRNA為模板，利用木質(zhì)素合成途徑中關(guān)鍵酶基因的同源基因保守序列設(shè)計(jì)簡并引物，通過RT-PCR擴(kuò)增，獲得了8個(gè)關(guān)鍵酶基因的新片段序列。生物信息學(xué)進(jìn)一步分析結(jié)果表明，這些新片段分別屬于3個(gè)基因家族。他們推測亞麻中這幾個(gè)木質(zhì)素代謝關(guān)鍵調(diào)控酶基因存在多基因家族。新獲得的基因片段序列為進(jìn)一步克隆全序列和了解調(diào)控亞麻木質(zhì)素的生物合成奠定了基礎(chǔ)。另有研究者以亞麻為材料，研究木質(zhì)素代謝的關(guān)鍵酶亞麻肉桂醇脫氫酶基因序列。分離了高純度的RNA，以RNA為模板，用簡并引物以RT-PCR的方法，克隆了亞麻CAD基因cDNA部分序列，長度為477bp，編碼159個(gè)氨基酸殘基，此cDNA序列為亞麻CAD基因序列。
苧麻方面，陳建榮等用RT-PCR方法克隆了嫻草木質(zhì)素合成關(guān)鍵酶咖啡酰甲基轉(zhuǎn)移酶（eafeoyl-CoA3-Omethyltransferase，CCoAOMT）基因，構(gòu)建了CCoAOMT基因反義表達(dá)載體，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)法對(duì)苧麻進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到了轉(zhuǎn)基因植株，并用PCR技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了分子檢測。有人利用RT-PCR法結(jié)合cDNA末端快速擴(kuò)增法（RACE）從苧麻中克隆了與木質(zhì)素合成相關(guān)的COMT基因的全長cDNA序列。相似性比對(duì)結(jié)果表明，苧麻COMT全長cDNA與楊樹COMT基因的序列同源性達(dá)82%，其編碼的氨基酸序列與杏的COMT氨基酸序列同源性最高，達(dá)93%。黃妤等以苧麻栽培種湘苧3號(hào)為材料，通過簡并引物RT-PCR結(jié)合RACE技術(shù)克隆了苧麻生長素結(jié)合蛋白ABP1基因的全長cDNA分子。經(jīng)基因比對(duì)及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析與已報(bào)道的幾種植物生長素結(jié)合蛋白有高同源性，認(rèn)為是苧麻生長素結(jié)合蛋白基因cDNA并命名為BnABP1。也有人依照已克隆的苧麻CCoAOMT（咖啡酰輔酶-A-氧甲基轉(zhuǎn)移酶）基因cDNA序列，以其編碼纖維素合成酶底物結(jié)合和催化合成結(jié)構(gòu)域的cDNA序列為目標(biāo)，采用PCR擴(kuò)增方法引入克隆的酶切位點(diǎn)，分別將其正、反方向克隆到植物RNA干擾表達(dá)質(zhì)粒PFGC5941T-DNA上CHSA內(nèi)含子兩側(cè)，構(gòu)建了植物表達(dá)苧麻CCoAOMT基因的干擾重組Ti載體。
六、其他方面的研究
與此同時(shí)，麻類作物基因工程育種在其他方面也取得了喜人的成就。劉燕等、王玉富等用微注射法將外源DNA通過花粉管導(dǎo)入亞麻，并得到了過氧化物同工酶酶譜明顯變異的后代。姬妍茹等采用直接分化再生系統(tǒng)為轉(zhuǎn)化受體系統(tǒng)，通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)將GUS基因?qū)雭喡槠贩N雙亞5號(hào)和雙亞7號(hào)的下胚軸段中，經(jīng)過不到2個(gè)月的時(shí)間即獲得再生苗。這一成果大大縮短了遺傳轉(zhuǎn)化所需時(shí)間，為亞麻轉(zhuǎn)基因育種提供了一條快捷的途徑。也有研究人員用超干胚浸漬法將棉花DNA導(dǎo)入苧麻種子，在D1代，發(fā)現(xiàn)了在葉片的缺刻、茸毛上存在差異的變異株；而在D2代，則發(fā)現(xiàn)了在株高上有明顯不同的植株。經(jīng)過RAPD驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)有的變異株中出現(xiàn)了棉花的特異帶，有的則出現(xiàn)受體和供體均沒有的新帶，還有的出現(xiàn)了受體DNA帶在變異株中消失的情況。另外，汪波等以苧麻優(yōu)良品系“5041
麻類作物該方面的研究為利用轉(zhuǎn)基因方法創(chuàng)造麻類作物新品種的育種工作，提供了豐富的前期基礎(chǔ)。
七、展望
麻類作物是重要的纖維和油料作物，對(duì)它進(jìn)行基因工程方面的研究有著重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。通過目的基因的分離、改造、利用，培育出具有改良的纖維及種子品質(zhì)的工程植株并使之應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，可提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，改善生態(tài)環(huán)境。目前，與棉花和油料等相比，對(duì)麻類作物的轉(zhuǎn)基因育種研究還處于起步階段。隨著基因工程技術(shù)的發(fā)展和完善，會(huì)有越來越多的轉(zhuǎn)基因麻類植物新品種出現(xiàn)，到時(shí)將大大提高麻類作物的利用價(jià)值。如在改
善纖維品質(zhì)方面，若能把控制品質(zhì)的關(guān)鍵基因定位并加以克隆，有望大幅提升麻類纖維質(zhì)量。對(duì)大麻中有毒成分THC的合成關(guān)鍵酶基因定位克隆，并對(duì)其活性進(jìn)行深入的研究，則有望培育出無毒或低毒大麻，從而使大麻這種古老經(jīng)濟(jì)作物的種植不再受限。可以預(yù)見，基因工程手段應(yīng)用于麻類作物，具有巨大的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。
