豆科是一个从一年生草本植物到多年生木本植物范围很大的家族，由于其具有固氮能力，因此它是在自然界和陆地生态系统中必不可少的成员。已被驯化的豆科植物在食品、饲料、纤维、工业、制药和花卉等多个方面发挥作用。模式豆科植物在试验系统中迅速发展，利用包括基因组学在内的分子生物学手段将可以解决一些重要的生物学问题。

高通量的转基因技术是功能基因组学的一个重要组成部分，利于鉴定基因功能。另一方面，转基因逐渐成为了作物改良的重要工具，其中抗除草剂大豆已占据了美国和阿根廷大豆种植的主要份额(王关林等, 2006)。转基因在理论上扩大了所要改善作物的基因来源，远远超过了有性杂交。转基因还提供了过表达或抑制者内源基因表达的办法。因此，通过引进新的基因或者操纵内源基因的表达，生成新的表型对于作物改良和基因功能验证是非常有用的。但目前进行田间试验和被批准商业化应用的转基因豆科植物中都含有标记基因，这些传统的标记基因存在很大的弊端，因此现代育种学家发展了一些新的手段来克服这些问题，其中包括从转化植物中提取这些标记基因的方法，采用更加安全的标记基因或采用无载体、无标记的转化方法，这些标记基因的应用都对植物基因工程和遗传转化有着推动作用，本文拟对原有豆科植物转化常用的标记基因和以后的发展趋势做一综述。

1现有的豆科植物遗传转化常用的标记基因
对于转基因作物产品的生物安全性质疑，最主要的问题是多数转基因体系用抗生素基因和抗除草剂基因等作为筛选标记。在植物遗传转化过程中，为了从大量的再生细胞中获得转化子，不得不将外源目的基因和标记基因一起转到植物细胞中，从而通过标记基因的某些抗性筛选出阳性转化子。在豆科植物转化体系中，现在常用的标记基因主要是抗卡那霉素基因，抗潮霉素基因和抗除草剂基因。

1.1牧草转基因标记
牧草是重要的豆科植物，其中苜蓿和百脉根由于基因组简单和遗传转化简便已成了豆科基因功能研究的模式植物。Webb等(1996)首先利用下胚轴为外植体，aphlⅤ基因为标记基因对百脉根牧草百脉根(Lotus corniculatus)品种Leo进行遗传转化，Trieu和Harrison (1996)第一次以子叶节为外植体，Bar基因为标记基因对蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)品种Jemalong进行遗传转化获得成功。对于豆科牧草遗传转化很多学者在转基因标记上做出了大胆的尝试(见表1)。

表1 豆科牧草常用标记 Table 1 Common marker genes of legume grass

1.2豆科作物主要筛选标记
豆科作物是重要的粮食和经济作物，对豆科作物的研究对改善人类的生活水平和动物的营养有很重要的意义。科学家对花生(Arachis hypogaea)、木豆(Cajanus cajan L. Millsp.)、鹰嘴豆(Cicer arietinum)、瓜尔豆(Cyamopsis tetragonoloba)、大豆(Glycine max)、扁豆(Lens culinaris Medik)、羽扇豆(Lupinus angustifolius)、黄羽扇豆(Lupinus luteus)、宽叶菜豆(Phaseolus acutifolius A. Gray)、菜豆(Phaseolus vulgaris)、豌豆(Pisum sativum)、蚕豆(Vicia faba)、纳尔冯豆(Vicia narbonensis)、小豆(Vigna angularis Willd. Ohwi/Ohashi)、绿豆(Vigna radiata L. Wilczek)、豇豆(Vigna sesquipedalis)等的转基因标记基因进行了广泛的研究，主要的标记基因有hph基因、nptⅡ基因、GUS基因、Bar基因等(见表2)。

表2 豆科作物常用标记基因 Table 2 Common marker genes of legume crops

1.3豆科树种常用标记基因
Xie和Hong (2002)以nptⅡ为标记基因，对马占相思(Acacia mangium)进行遗传转化获得成功，转化效率达到10.2%。Han等(1993)和Igasaki等(2000)分别以nptⅡ基因和hpt基因为标记基因对刺槐(Robinia pseudoacacia L.)获得成功。

2现有转基因标记面临的问题
目前绝大多数转基因标记基因仍然是抗生素和抗除草剂基因，这些基因及其对其产物对人和环境的许多方面都存在潜在的危机，受到有关专家学者的关注。现有转基因标记基因有以下不足：(1)生物安全性。第一，转基因标记是否有毒性，其编码的蛋白是否有毒性，过敏性现在我们还不能确定。第二，抗除草剂基因可通过花粉传播转移到野生近缘种体内，从而产生具有抗除草剂基因的“超级杂草”。尽管目前并没有确凿证据证明其危害性，但公众对安全性的关注大大推迟了转基因作物的商品化和市场运作(Ebinuma and Komamine, 2001; 侯爱菊等, 2003)。第三，抗生素抗性基因可能转移到消化道中的细菌中，形成“超级细菌”，虽然有的抗生素基因，如nptⅡ 虽然已经通过安全性评价，但并不能彻底消除人们对转基因植物的担心。(2)基因堆积。目前，多数转基因作物只改变单一性状，而导入多个基因的复合育种、改良作物的复杂形状或者几个性状已成为育种学家的研究目标。由于转基因植物中存在标记基因，若要对转基因植物进行多次遗传转化将会受到一定的限制，多个同源基因的堆积会增加基因沉默的可能性(Vaucheret et al., 1998)。

3解决转基因标记基因安全性策略
由于目前还不能对转基因产品的安全性进行准确的评估和评价，因此标记基因的安全性问题已成为国际上关注的热点问题，许多科学家正在致力于这方面的研究。现在的主要策略有：(1)删除利采用传统抗性基因获得的转基因植株中的标记基因；(2)建立无标记物载体的遗传转化体系；(3)开发生物安全性的标记基因。

3.1转基因植物标记基因的消除
目前消除转基因植物中的传统标记基因有4种方法：共转化(Dale et al., 1991)、转座子介导再定位(Goldsbrough et al., 1993)、同源重组，位点特异性重组。其中，噬菌体P1的Cre/Lox体系是一个位点特异性重组体系，在多种生物种都具有活性(赵艳等, 2003; 陈颖等, 2001; 王立霞等, 2002)，应用最为广泛，缺点是DNA重组的几率很低，并要消耗大量的时间和精力。采用AC/DS转座子元件及attp位点间染色体内重组的消除过程比传统方法费时，需要进行有性杂交或者两步再生来获得理想的转基因植株。

另外，近年发展起来的双元载体和多元自主转化系统也显示了非常好的应用前景，采用这种载体不需要有性杂交过程也可能将选择标记基因消除，从而获得无标记基因的转基因植株(Ebinuma and Komamine, 2001; Xing et al., 2000)。

3.2生物安全标记基因
在转化体系上应用这类标记基因的和传统标记基因的是不同，他并不是将非转化的细胞杀死，而是使转化的细胞处于某个有利的代谢或者发育条件下，从而筛选出转化植株。这种方法的主要优点在于选择药品无毒副作用，且在多数情况下有利于转化植株的再生，从而提高转化效率这类标记主要分为三类，即糖代谢相关基因、激素代谢相关基因和氨基酸相关代谢基因(高晓蓉, 2007; 杨英军和周鹏, 2005)。

3.2.1糖类代谢酶标记基因
目前用于植物遗传转化的糖类代谢酶类标记基因主要有木糖异构酶基因(xylose isomerase, xylA)、核糖醇操纵子和磷酸甘露糖异构酶基因(phosphomannse ismerase, pmi) 3种，应用木糖异构酶基因和磷酸甘露糖异构酶基因作为标记基因已有相关报道(Joersbo et al., 1999b; Paola et al., 2001)。

木糖异构酶基因能编码木糖异构酶，木糖异构酶能使D-木糖与D-木酮糖的可逆转变。在添加D-木糖的筛选培养基上，转化的细胞能利用培养基中的D-木糖而获得营养，而非转化的细胞因碳源不足而生长受到抑制。用xylA基因作为标记基因，以GUS为目的基因进行马铃薯转化，结果再生植株转化率为32%，比利用nptⅡ作为选择基因高了9倍(Haldrup et al., 1998)。

D- 甘露糖是由内源己糖激酶催化转化成6-磷酸甘露糖，反应消耗能量；而磷酸甘露糖异构酶基因编码的6-磷酸甘露糖转移酶，可使6-磷酸甘露糖催化为6-磷酸果糖。在添加D-甘露糖的筛选培养基上，D-甘露糖不断被细胞转变成6-磷酸甘露糖，但非转化的细胞将因缺乏6-磷酸甘露糖转移酶不能继续代谢，造成6- 磷酸甘露糖的堆积，并消耗大量的ATP，从而生长受限；但是转化的细胞则可以将6-磷酸甘露糖催化转化为6-磷酸果糖，继续代谢为细胞生长提供ATP。目前，pmi基因已广泛用于水稻(Paola et al, 2001)、玉米(Negrotto et al., 2000)、和甜菜(Joersbo et al., 1998)等植物的转化系统，转化水稻幼胚时，转基因植株中的标记基因pmi的转化效率为41%，要比潮霉素抗性基因高一倍以上(Paola et al, 2001)。

核糖醇是一种广泛存在于自然界中的五碳糖之一，一般不能被细胞利用，但大肠杆菌C菌株却可以很好的利用它，只是因为其含有atl和rtl两个紧密串联的操纵子的结果(王兴春和杨长登, 2003)。La Fayette和Parrott (2001)构建成了以rtl操纵子片段为标记基因的质粒，然后将其转化到大肠杆菌K12菌株中，转化的菌株能在以核糖醇为碳源的培养基上生长。虽然目前尚未见到该操纵子转化植物的报道，但受此启发，设想以rtl操纵子完全可以代替传统的标记基因作为一种生物安全标记应用于植物遗传转化中。

3.2.2激素代谢激酶基因
这类的标记基因主要有异戊烯基转移酶(isopentenyl trasferase, IPT)基因(La Fayette and Parrott, 2001)、吲哚乙酰胺水解酶(indole-3-acetamide hydrolase, iaaH)