转基因油菜与野芥菜渐渗后代的适合度评价

Gene introgression between crops and their wild relatives can happen spontaneously in nature. With the release of transgenic crops, people concern if transformation could enhance the possiblity of introgression and if transgene can escape into the wild genetic background in the natural system. It is necessary to investigate the ecological consequences of introgression to release these conserns. Introgressed progenies are often different from the wild parent in morphylogy and ecology, that affects the interaction between plants and their environment. Fitness is the most suitable indicator of ecological fate of the introgressed generation. The probability of introgression and population size of progenies will determine their ability of competition. Using a model system of Brassica napus and its wild relative B. juncea,a weedy plant that widely distributed in China, this project aims to compare the sexual comparability between various transgenic events and different wild population and study fitness of the introgressed plants. Field experiments were designed to investigate the fitness of the transgenic and non-transgenic progenies at both individual and population levels under the stress of insect pests. The results will reveal and help to predict the ecological consequences and to provide theoretical support for biosafety management. This research will serve as an important reference for the ecological assessment of other transgenic crops and contribute to their friendly application for the environment that enables sustainable agriculture.

自然界中，作物与其野生近缘种间的基因渐渗现象是普遍存在的。由于转基因作物的释放，人们关注转基因是否可以通过基因渐渗进入野生遗传背景以及转基因是否增加基因渐渗的概率，这两者均需要对基因渐渗的生态学后果及渐渗后代的适合度展开研究。基因渐渗后代一般都会在形态和生态上发生与野生亲本不同的变化，从而影响植物与环境的相互关系。适合度是衡量基因渐渗生态学后果并指示渐渗后代生态学影响及在自然界中存留的重要指标，渐渗概率及后代的种群大小能够影响到植株的生存竞争能力。本项目以甘蓝型油菜与其在国内广泛分布的近缘种-野芥菜为模式体系，与非转基因油菜亲本相对照，比较不同转基因油菜转化事件与不同野芥菜地理种群间基因渐渗能力的潜在变化，在不同害虫胁迫梯度和种群大小比例条件下，在种群水平上评价渐渗后代的适合度，揭示和预测转基因油菜与野芥菜基因渐渗的生态学后果，为生物安全管理提供理论依据，为其他转基因作物的评价提供参考

转基因由转基因油菜到野生近缘种的基因渐渗现象将会影响野生近缘种基因背景以及非作物型野生种的生态性能。野生芥菜Brassica juncea是中国农田中常见的杂草。本项目以转基因抗虫油菜为例，与野生芥菜B. juncea杂交进行试验研究。杂交种F1与连续的5代回交后代均利用野芥菜为母本进行杂交试验获得。每一代杂交母本野芥菜上的结荚率都高于60%，意味着杂交父本与野生芥菜存在着较高的杂交亲和性。在BC1 中的结荚率与粒数/荚的数据在得到的后代中都是最小的，然而从BC2代后开始逐渐升高，同时BC2 的种子千粒重在所有后代中是最大的。回交后代中的种子大小最终趋近于母本野芥菜。相同回交后代中的植株转基因与非转基因分离比与期望值1: 1一致。在所有基因型中，抽薹与开花期的Bt 蛋白含量都高于4-5叶期与结荚期。同时，转基因回交后代BC5中的Bt杀虫能力仍然足以杀死棉铃虫 (Helicoverpa armigera)与小菜蛾 (Plutella xylostella)，并与转基因油菜杀虫效果一致。非转基因回交后代的植株以及非转基因油菜对虫子没有杀虫效果。本项目同时开展田间实验比较了不同竞争条件下、不同害虫啃食梯度下的转基因回交后代BC5与非转基因回交后代BC5的生物量以及相关适合度参数。两种植株类型以转基因回交后代比例为0%，25%，50%，75%，100%的不同种植比例并分别个子予以无虫食、低虫食、高虫食三种不同的处理条件下进行种植。个体水平上虫食使植株的种子千粒重的显著增加。转基因回交后代的生物量与种子总重都显著高于非转基因回交后代个体。植株类型与种植比例间的相互作用对个体生物量以及花期有显著影响。转基因回交后代植株在高转基因种植比例以及高虫食压力的条件下表现出了生长的优势，在此条件下将会促使种群成为转基因植株为主导植株的种群。另外，本项目还研究了C-染色体特异分子标记在转基因杂回交后代中的传递情况，发现C-染色体标记容易丢失，为安全位点的研究提供了理论支持。本项目有助于了解和管理转基因油菜的基因渐渗及其安全评价。