发根农杆菌在植物转基因方面的应用进展
摘要：农杆菌转化法作为植物基因工程使用最广泛的转化方法之一，分为根癌农杆菌Ti质粒和根瘤农杆菌Ri质粒2种类型。发根农杆菌（Agmbacterium rhizogenes）的Ri质粒能够诱导植物产生毛状根。本文阐述了发根农杆菌的特性及Ri质粒的分类、结构特征和转化特点，介绍了发根农杆菌在实际生产中的应用，综述了发根农杆菌在转基因植物、培育作物新品种、植物次生代谢产物生产等方面的应用进展。
关键词：发根农杆菌；Ri质粒；植物转基因；应用进展
目前，转基因植物转化的方法主要有农杆菌转化法、花粉管通道法、核显微注射法、基因枪法等，农杆菌介导的遗传转化体系是在植物基因工程中相对完整、成熟的方法之一。在转基因植物中有80%以上是由农杆菌转化的，但是其中大部分是由根癌农杆菌Ti质粒转化获得的[1]。1982年，Chilton报道发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）能诱导植物产生发状根（Hairy root），这种发状根又被称为毛状根，是由发根农杆菌所含有的Ri质粒（Root inducing plasmid）引起的，Ri质粒不仅是遗传转化的优良载体，而且可直接感染植物细胞[2]。尽管发根培养技术的发展历史虽然较短，但Ri质粒作为植物基因工程载体已显现出其可行性与方便性。随着科学研究的逐步深入，它将会成为比Ti质粒更理想的基因转移系统，生产更多的次生代谢物，并被用于难以插活植物的生根和生产外源基因产品，在获得转基因植物、培育新品种等方面存在广阔前景。
1发根农杆菌及Ri质粒
1.1发根农杆菌的特性
发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）属于根瘤菌科农杆菌属的革兰氏阴性菌。发根农杆菌是一类宿主范围广泛土壤杆菌，在侵染植物后，能够诱导植物产生大量高度分支的不定根，通常称为发根。发根农杆菌侵染植物所产生的发根具有生长速度快、分化程度高、生理生化和遗传性稳定、易于进行操作控制等特点[3]。发根农杆菌的致根特征结构包括染色体毒性基因chV和Ri质粒2个部分。ChV是发根农杆菌的染色体基因，它的活化表达与发根农杆菌在植物细胞壁的附着有关。Ri质粒是发根农杆菌染色体外的一个具有侵入性的质粒。在自然状态下，发根农杆菌通过伤口入侵植物，Ri质粒上的T-DNA能插入植物基因组，其上所携带的基因在宿主细胞中整合表达，使植物产生毛状根。发根农杆菌的宿主范围随菌株的不同而发生变化[4]。发根农杆菌能够感染大多数双子叶植物和少数单子叶植物以及个别裸子。到目前为止，已有160多种植物成功诱导出了毛状根，大多数集中在茄科、菊科、十字花科、旋花科、伞形科、豆科、石竹科、蓼科等，主要是草本植物，而木本植物较少有成功的报道[5]。
1.2Ri质粒的特性
发根农杆菌菌体中存在着能够诱发植物产生毛状根的质粒，称为Ri（Root inducing plasmid）质粒。根据Ri质粒转化植物后产生的毛状根合成冠瘿碱（opine）的类型不同，将Ri质粒分为4种类型：农杆碱型（agropine type）、甘露碱型（mannopine type）、黄瓜碱型（cucumopine type）和异黄瓜碱型（mikimopine type）[6]。Ri质粒具有2个非常重要的功能区即T-DNA（转移区）和Vir区（致病区）。当发根农杆菌侵染时，植物伤口产生的低分子酚类化合物能够刺激农杆菌，使Vir区处于抑制状态的基因被激活，产生一系列限制性核酸内切酶，在酶的作用下产生T-DNA链，并引导T-DNA链与细菌细胞膜上的特定部位结合，然后向植物细胞转移，进入植物细胞核内，T-DNA随后整合进植物细胞的基因组[7]。
Ri质粒转化的优势主要表现在以下5个方面：Ri质粒可诱导植物外植体生成毛状根并由其再生成植株；生成的毛状根属于单克隆，可有效地避免嵌合体的形成；作为中间载体；Ri质粒与Ti质粒可共同构建双元载体，使Ti质粒和Ri质粒的应用范围更加广阔；毛状根在离体培养条件下具有合成原植株次生代谢产物的能力。
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