植物抗病、抗虫及抗除草剂基因与基因工程

植物抗病、抗虫及抗除草剂基因与基因工程

张永强

（西南大学植物保护学院， 重庆 400716）

摘 要：病虫草害历来是植物保护工作的重中之重，农药为病虫草害防治立下了汗马功劳。近来由于大量使用、滥用农药给环境带来了巨大的负面影响。20世纪70年代兴起的基因工程为这一问题的解决带来了新的途径。本文就植物抗病基因分类、最新报道的相关基因；抗虫基因的来源、最新报道的抗虫基因及试验结果；抗除草剂基因以及基因工程技术在现代农业中的应用予以综述。

关键词：植物抗病；植物抗虫；抗除草剂；基因工程

农药伴随人类改造自然，征服自然已经有100多年的历史，在促进农业发展和对人类发展做出卓越贡献的同时，也不可避免的带来许多负面影响，如：对非靶标生物的毒害、对环境的污染、对生态系统的破坏以及病虫草抗药性的产生等。特别是化学农药对动物和人类健康的影响，已经成为全人类普遍关心和急需解决的全球性问题。诞生在20世纪70年代的基因工程技术为这些问题的解决提供了一条新的途径。进入20世纪90年代具有实用价值的转基因生物品种因其诸多的优势，逐渐被人们所接受，而迅速走向商品化和产业化。

1 植物抗病基因与基因工程

植物受病原菌侵染时，会诱导相关的基因产生一系列参与植物防御反应的拮抗物质，阻止病害的传播和病原菌的进一步侵入。将这些参与植物防御反应的相关基因导入植物，使其在植物体内表达，可以提高植物的抗病能力。植物抗病基因在进化中形成了几种共有的进化形式。植物祖先抗病基因的复制创造了新基因座。基因间和基因内重组导致了变异，也导致了新特异性抗病基因的产生；另外，与特异性识别相关的富含亮氨酸重复区顺应于适应性选择；同样，类转座元件在抗病基因座中的插入加速了抗病基因的进化（庄军等，2004）。

1.1 植物抗病基因的分类

植物中许多抗病基因已被克隆，根据抗病蛋白（R蛋白）将抗病基因（R基因）分为以下几类。第一类，玉米抗圆斑病的基因Hml，其编码的解毒酶能钝化病原真菌所产生的HC 毒素，代表着抗病基因中与病原物亲和性因子作用的一类基因。

第二类，番茄抗细菌叶斑病的基因pto，其编码蛋白Pto是一种丝氨酸/苏氨酸激酶。AvrPto 蛋白是病原菌假单胞杆菌Pseudomonas进入植物细胞中通过Ⅲ型分泌系统分泌的，现已证实Pto激酶噜噗结构域中204位苏氨酸决定着Pto对AvrPto的特异性识别。具有自动磷酸化能力的Pto激酶与AvrPto相互作用从而产生了过敏性反应。

第三类抗病基因所编码的蛋白显示出与细胞间信号转导蛋白具有结构相似性。这些蛋白所共有的基元是富含亮氨酸重复序列（Leucine-rich repeat，LRR），一般由24个氨基酸残基组成，其共同蛋白序列是LXXLXXLXXLXLXXNXLSGXIPXX（氨基酸的单字符号，X代表任何一种氨基酸）。这一类型基因的共同结构是LRR-TM，它们编码的蛋白包括胞外N端LRR 重复区、膜锚定蛋白和胞质内C末端部分（如图1所示）。

第四类是水稻抗白叶枯病Xanthomonas oryzae pv．oryzae，Xoo的基因xa27。这一基因所编码的Xa21蛋白具有3个受体激酶特征的主要结构域：胞外LRRs结构、跨膜结构域及胞内激

酶结构域。令人兴趣的是xa21基因结构含有抗病基因cf和pto的组分（如图1所示），而抗病基因xa21D编码缺少膜锚定蛋白的胞外LRR结构（如图1所示）。

图1 抗病基因各类型代表

SK~TK：丝氨酸/苏氨酸激酶；LRR；亮氨酸富集序列；TM：Xa27的跨膜区域或cf的膜锚定区域；LZ：亮氨酸拉链；HD：疏水区域；NBS：核苷酸结合位点；TIR：果绳TOLL白细胞介素1信号区域（引自庄军等，2004）。

Fig. 1 Representation of resistance gene classes

SK～TK :serine/threonine kinase; LRR:leucine-rich repeat; TM: transmembrane domain for Xa27 or membrane anchor for the Of class; LZ: Leucine zipper; HD: hydrophobic domain; NBS: nucleotide binding site; TIR: TOLL/Interleukin-1 signaling domain 自Johel等（1992）应用转座子标签法分离出第一个玉米抗病基因Hml，Martin等（1993）首次应用定位克隆法分离出第二个番茄抗霜霉病基因Pto。至2001年，已被克隆的植物抗病基因就有30多个（Hulbert et a1.，2001）。而至2004年，人们已利用不同的方法从各种粮食、经济作物和其他植物中克隆出48个抗病基因。其中大部分基因从双子叶模式植物番茄Lycopersicum esculentum和拟南芥Arabidopsis thaliana中获得。在粮食作物中，人们已克隆到15个抗病基因，其中水稻Oryza sativa5个，马铃薯Solanum tuberosum4个，大麦Hordeum vnlgare3个，玉米Zea mays 2个和小麦Triticum aestivum 1个（李春来等，2004）。

当然现在也存在另一种比较常见的分类方法，如王友红等（2005）认为这些抗病基因编码着对生活方式完全不同的病原体的抗性。这些病原体可以位于植物细胞内，也可以位于细胞外，包括细菌、病毒、真菌、卵菌、甚至线虫和昆虫。尽管这些病原体及其致病分子差别巨大，但除少数抗病基因外，根据保守结构域的不同，大多数植物抗病基因编码的蛋白质可归为5类，即NBS-LRR、eLRR-TM、eLRR、TM-pkinase、STK和其他五大类。

1.2 植物抗病基因和作用机制

溶菌酶具有特异降解细菌细胞壁成分肽聚糖的功能，对植物病原细菌具有毒杀作用。至今已成功导入3种不同种类的溶菌酶基因，即卵清溶菌酶、T4噬菌体溶菌酶和人体溶菌酶。表达T4噬菌体溶菌酶的转基因马铃薯在温室和室外试验表明对马铃薯黑胫病菌Eruinia carotovora sub．atroseptica有部分抗性；表达人体溶菌酶的转基因烟草对烟草野火病菌P. syringae pv. tabaci的抗性提高（Nakajima et al., 1997）。多酚氧化酶可以将苯酚氧化为苯醌，后者参与植物抵抗昆虫和微生物的防御反应。将马铃薯编码多酚氧化酶的DNA导入番茄，转基因蕃茄对丁香假单胞菌Pseudomonas syringae的抗性显著提高（Li et al., 2002）。硫堇富含半胱氨酸，它能和细菌细胞膜的磷脂产生静电作用导致膜穿孔，从而杀死病原菌。Iwai 等（2002）从燕麦Avena sativa中克隆编码硫堇的基因，将其转入水稻，转基因水稻幼苗在细胞壁上积累了过量的燕麦硫堇，人工接种植物伯克霍尔德氏菌Burkholderia plantarii和荚壳伯克霍尔德氏菌B. glumae后病原菌被限制在气孔表面，表明燕麦硫堇可使水稻有效地抵御病原细菌地侵袭。

S-硝基谷胱甘肽还原酶（GSNOR）控制着细胞S-硝基化的程度，而S-硝基化是转译后修饰氧化还原的一个重要影响因子。拟南芥Arabidopsis thaliana GSNOR，AtGSNOR1发生突变，调节细胞S-硝基化形成。AtGSNOR1功能丧失提高了SNO水平，使涉及抗性（R）基因亚纲

的植物防御机制瘫痪。Feechan等（2005）证明了AtGSNOR1确实调控了由植物免疫系统激活因子水杨酸控制的信号网络，研究结果表明SNO形成和翻折调节着植物抗病的多重机制。

图2需要ATGSNOR1参与的R基因抗性。（A和C）叶片定期

采自Pst DC3000 (avrB) （A）和Pst DC3000 (avrRps4)（C）接

种后5天的芥末叶片。（B和D）Pst DC3000 (avrB) (B)和

Pst DC3000 (avrRps4) (D) 在特定基因型叶片接种5天后的生

长情况。误差线代表95%的置信限。相似结果的试验重复两

次。

Fig. 2 R gene-mediated resistance requires ATGSNOR1 function.

(A and C) Leaves from stated Arabidopsis plant lines 5 days

postinoculation with either Pst DC3000 (avrB) (A) or Pst DC3000

(avrRps4) (C). (B and D) Growth of either Pst DC3000 (avrB) (B)

or Pst DC3000 (avrRps4) (D) at 5 days postinoculation in the

leaves of given genotypes. Error bars represent 95% confidence

limits. These experiments were repeated twice with similar

results. （Cited from Feechan et al.,2005

由马铃薯晚疫病菌Phytophthora infestans引起的晚疫病，是世界上最具毁灭性的马铃薯病害。在美国和其他发达国家防治马铃薯晚疫病大多依赖于杀菌剂的使用。已有资料表明了野生双倍体马铃薯Solanum bulbocastanum对已知的马铃薯晚疫病菌表现出高度抗性。由马铃薯生产的种胚在大田也表现了持久性和高效的抗性（Naess et al., 2000）。Song等（2003）使用图谱法并结合LR-PCR技术克隆了马铃薯的重要抗性基因RB。研究小组在温室里用6个晚疫病菌Phytophthora infestans隔离株感染转基因马铃薯和正常马铃薯品种。在非转基因马铃薯中，黑斑扩散从下部叶子扩展到上部叶子和茎上，植株在一个月内死亡。而在转基因Katahdins中，症状的发展则要慢得多，黑斑局限于下部叶子上，植物可以存活下来。克隆得到的RB基因提供了一种新的抗晚疫病马铃薯品种培育方法。

图3 假定RB基因的补给分析。用马铃薯晚疫病菌US930287隔离种群接种的转基因卡他丁和对照植物。接种后7天的病害症状如上所示。(A–C) 转基因卡他丁植物分别包含构建子RGA1-PCR, RGA2-PCR, 和RGA4-PCR。(D) 对照卡他丁植株。(E) 没有接种的卡他丁植株。(F–I) 转基因卡他丁植株分别包含构建子RGA1-BAC, RGA2-BAC, RGA3-BAC, 和RGA4-BAC。

Fig. 3 Complement ation analysis of putative RB genes. Transgenic Katahdin and control plants were inoculated with the US930287 isolate of P. infestans. Disease symptoms were recorded 7 days after inoculation. (A–C) Transgenic Katahdin plants containing constructs RGA1-PCR, RGA2-PCR, and RGA4-PCR, respectively. (D) Control Katahdin plant. (E) Katahdin plant that was not inoculated. (F–I) Transgenic Katahdin plants containing constructs RGA1-BAC, RGA2-BAC, RGA3-BAC, and RGA4-BAC, respectively.（Cited from Song et al., 2003）

匍匐翦股颖（Agrostis palustris Huds.）是一种重要的凉季草皮草，并且已经广泛应用于高尔夫球球洞区草坪。Fu等（2005）为提高这种植物抗真菌能力，利用农杆菌转化的方法将富类索马甜蛋白(TLPD34)基因介导入匍匐翦股颖。为评价其真菌病害抗性，部分T0转基因植株对抗茄属丝核菌Rhizoctonia solani和霜霉病Sclerotinia homoeocarpa的能力进行了筛选。田间测定证实了转基因植株对霜霉病抗性增强。然而相同的转基因植株在温室条件下对茄属丝核菌抗性并未增加。Latha等（2005）报道了编码对虾抗真菌蛋白的基因用化学方法合成后，克隆介入细菌和植物表达载体。这一研究首次报道了pin基因表达转基因粟对叶枯病表现出高度抗性。

2 植物抗虫基因与基因工程

对昆虫的转基因抗性在植物表达杀虫基因如Bt中获得的δ-内毒素，蛋白酶抑制剂，酶，植物次生代谢物质以及植物凝集素。转Bt基因的在全球范围内已经用到多种作物上。蛋白酶抑制剂和凝集素基因大都作用于昆虫的生长和发育，多数情况下不会引起昆虫死亡（Sharma et al., 2004)。

人们将含有抗虫物质的基因克隆并转入植物体内，从而获得抗虫转基因植物。1987年美国Agrocetus公司利用农杆菌Ti质粒首次将Bt δ-内毒素基因转入商品棉，育成对鳞翅目幼虫抗性稳定的转基因棉（Fischbaff et a1., 1987）。之后，抗虫转基因工程迅速发展起来。与常规的生物杀虫剂相比，抗虫转基因作物有很多优点，例如，它对植物具有连续保护作用，只对目标害虫起作用，而对非危害生物无影响，而且所表达的抗虫物质仅存在于植物体内，不存在环境污染问题；同时它的成本低，有利于推广（刘伟等，2004）。

在植物抗虫基因工程中，目前使用的抗虫基因主要有两大类，一类是从细菌中分离出来的抗虫基因，如Bt毒蛋白基因、异戊基转移酶基因(ipt)；另一类是从植物中分离出来的抗虫基因，如豇豆胰蛋白抑制剂基因、马铃薯蛋白酶抑制剂-II基因、淀粉酶抑制剂基因、外源凝集素基因等。

2.1 植物抗虫基因简介

苏云金芽孢杆菌是一种革兰氏阳性土壤芽孢菌，在形成芽孢时，可产生杀死昆虫幼虫的晶体蛋白（insecticidal crystal protein）或δ-内毒素（δ-endotoxin），也称苏云金芽孢杆菌毒蛋白(Bt. toxic protein)。它是目前应用最广的生物杀虫剂。现在已经分离到上万个Bt菌种，已报道34个血清型，50多个亚种。分离测定了45个晶体蛋白序列，又根据结构基因中限制酶切图谱和它们之间的同源性，将7种不同杀虫图谱不同的蛋白分成了29个亚种，统称Cry基因（令利军等，2004）。

植物凝集素Lectin是一种含有非催化结构域并能可逆结合到特异单糖或寡糖上的植物

保守性(糖)蛋白。自1988年Stillmark在蓖麻中发现一种蛋白酶细胞凝集因子以来，人们已经分离了几百种凝集素，并研究了其生化结构和功能，同时还克隆了许多凝集素基因。目前成功应用于植物抗虫基因工程的凝集素基因有：雪花莲凝集素(GNA)基因，豌豆凝集素(P-Lec)基因，麦胚凝集素(WGA)基因，半夏凝集素(PTA)基因（王志斌等，1998）。我国王亦菲（2000）以普通水稻为模板，扩增出了凝集素基因。

蛋白酶抑制剂（Proteinase inhibitor，PI）基因是1938年发现的，是可抑制蛋白酶活性的一种蛋白质，广泛存在于生物界，它在植物天然防御系中起着重要的作用，具有显著的抗虫作用。

胆固醇氧化酶是胆固醇代谢过程中的一个关键酶，能催化胆固醇分解成4一胆缁烯一3酮和过氧化氢。Tomoyuki等（1989）从链霉菌中克隆分离了第一个胆固醇氧化酶基因choA，1993年，Monsanto公司证明其具有对棉铃象甲高度毒杀作用（Purcell et al.，1993），choA 能有效毒杀棉铃象甲的幼虫，choA对鞘翅目、鳞翅目、双翅目、直翅目和同翅目的害虫都有不同程度的毒杀作用，研究还发现choA可使雌性棉铃象甲的卵巢发育异常。

2.2 部分最新报道的植物抗虫基因及其作用机制

标记基因新霉素光系统转移酶II (npt II) 和一个合成的cry I E-C基因转入木豆Cajanus cajan (L.) Millsp.。对斜纹夜蛾Spodoptera litura一龄和二龄幼虫对T1和T2植物的生物测定表明转基因木豆植株的合成cry I E-C基因的表达提供了对昆虫幼虫的防御能力。Western分析表明一个71.5kDa片段确定了cry I E-C蛋白在T1和T2转基因植株中的存在（Surekha et al.,

2005），图4和图5分别表示了cry I E-C基因和新霉素磷转移酶II可选标记基因的双元介体pPK202和转基因植株对斜纹夜蛾的生测结果。

图4 包含cry I E-C基因和新霉素磷转移酶II可选标记基因的双元介体pPK202的部分图谱。F和R代表用于扩增全长基因可以用于Southern分析的始端和终端。

Fig. 4 Partial map of binary vector pPK202 harboring cry I E-C gene and neomycin phosphor transferase II selectable marker gene. F and R indicate the position of forward and reverse primers used for amplifying the full-length genes for confirmation as well as for preparing probes for Southern analyses.

图5 生物测定/用转基因木豆分离叶片饲喂试验：（a）80%的死亡率，叶片大面积受害（T14-2-3），（b）幼虫60%死亡率，叶片受损较轻（T4-3-5），（c）幼虫很健康，且贪得无厌的取食对照叶片，和（d）取食对照和转基因叶片的幼虫比较。

Fig.5 Bioassay/detached leaf feeding test done on the transgenic pigeon pea (Cajanus cajan (L.) Millsp.) plants: (a) 80% mortality but with much leaf damage (T14-2-3), (b) 60% mortality of larvae with very less leaf damage (T4-3-5), (c) larvae very healthy and voraciously feeding on control leaf and (d) comparison of larvae fed on control leaf and transgenic leaf. （Cited from Surekha et al., 2005）

苏云金杆菌Bacillus thuringiensis (Bt) 晶体蛋白基因编码杀虫内毒素，已经被广泛应用于开发抗虫作物。Mehlo等（2005）提出了一种可供选择的转基因策略，这种策略具有产生更为广阔的和持久的抗虫性。即利用一个融合蛋白包括内毒素Cry1Ac，携带有非毒性蓖麻毒素B链的半乳糖粘端区域。在用昆虫（二化螟Chilo suppressalis、海灰翅夜蛾Spodoptera littoralis）做的生物测定中，表达这种融合蛋白的转基因水稻和玉米植株比只带有Bt基因的转基因植株具有更强的毒性。这些植株对更为广泛的害虫也表现出抗性，甚至包括那些对Bt毒素不敏感的昆虫种类。

棉花害虫棉红铃虫的CP73品系抗Cry1Ac和Cry2AaBt毒素。Gahan等 (2005)用这一品系研究了棉红铃虫抗Cry1Ac和Cry2Aa基因基础。羽衣甘蓝Brassica oleracea var. acephala是一种重要的十字花科蔬菜，为全世界人类食物消费做出了重要贡献，鳞翅目昆虫对其危害很重。Caoa等（2005）报道表达cry1Ac+hpt和cry1C基因的转基因羽衣甘蓝都具有抵御鳞翅目昆虫危害的能力。所有cry1Ac和cry1C甘蓝植物含Bt蛋白被检测到的植株，杀死了敏感品系的小菜蛾全部供试幼虫。

阻止和延缓昆虫的抗性进化（抗性治理）对可持续利用Bt作物是十分必要的。同一植株中包含两个不同Bt基因的具有延缓昆虫抗性的潜力（Zhao et al., 2003）。然而，如果他们与具有相似的毒素单基因植株同时种植，这种Bt植株用于抗性治理的优势可能会有所折中。在温室里选育24-26代，同时使用单基因和双基因的Bt植物都失去了防治小菜蛾的能力，只有单独使用双基因的Bt植株还保留着对小菜蛾的高毒特性（Zhao et al.,2005）。

3 植物抗除草剂基因与基因工程

20世纪80年代中期，随着新除草剂品种开发难度的加大和研发成本的提高，利用基因工

程培育植物的抗除草剂品种越来越受到人们的重视。它不仅可扩大现有除草剂的应用范围、减少除草剂用量，而且可以选用高效、低毒、低残留、杀草谱广、低成本的除草剂，以减少环境污染，降低农业生产成本。目前已经推广的转基因作物所涉及的传统除草剂品种和类别主要有草甘膦、草铵膦、溴苯腈和磺酰脲类、咪唑啉酮类除草剂，种植而积最大的是抗草甘膦作物。2002年3月美国农业部调查主要作物大豆、玉米、棉花转基因作物种植面积分别达总面积的74％、71％、32％，而2001年的比例为68％、69％、26％（刘伟等，2004）。

王景余等（2005）报道了应用基因枪法将抗除草剂基因（bar）转入吉林省主栽的水稻品种长白8号中，获得了可育的转基因水稻植株，使水稻产生对除草剂的抗性。

乙酰乳酸合成酶(ALS) 催化植物氨基酸支链生物合成的第一步，是多种除草剂的作用部位。ALS抑制剂由于其卓越的贡献在作为除草剂方面享有盛誉，尽管其使用范围因为除草剂抗性问题受到阻碍。大多数ALS抑制剂抗性是因为作用位点发生改变。Trucco等（2005）研究报道了ALS122位氨基酸的丙氨酸被苏氨酸所取代。抗性种群的离体酶抑制活性(I50)是敏感种群药剂浓度的1000倍。

4 植物保护与基因工程

4.1 基因工程为植物保护研究提供的便利

1962年Carson博士的《寂静的春天》一书问世，唤醒了人们保护环境的意识。1972年《联合国人类环境宣言》在斯德哥尔摩会议上通过。20世纪90年代以来，可持续发展已成为人类社会迈向21世纪的战略构想与行动纲领。因此，良好的环境相容性成为人们关注的焦点，目前在农药领域里倡导的是绿色农药，诞生于20世纪70年代的基因工程技术符合这一趋势，由于与病虫害防治有关的各类基因的发现以及植物转基因和微生物重组技术的一系列突破，基因工程正在开辟植物病虫害防治的新途径（陈才俊等，2005）。

转基因植物是通过农杆菌介体传导和其他的直接DNA转移方法获得的。且多数转基因植物表现的性状可以稳定遗传给后代，没有对受体植物造成损害。更有趣的是，转基因植物在大田条件下也能保持高水平的抗虫特性。在过去的15年间，转基因已经发生在多于100种作物上，著名的例子包括小麦、玉米、大豆、番茄、土豆、棉花、水稻等。通过插入部分或单个特定基因而培育的有害生物抗性品种，已经成为育种工作的一项重要内容（Babu et al., 2003）。基因工程最突出的优点，是打破了常规育种难以突破的物种之间的界限，可以使原核生物与真核生物之间、动物与植物之间，甚至人与其他生物之间的遗传信息进行重组和转移，人的基因可以转移到大肠杆菌中表达，细菌的基因可以转移到植物中表达（陈才俊等，2005）。

粮食生产增长的持续需求必然要求发展和应用新的生物技术，以便及时和有效的供应改良的作物品种。这一领域的里程碑就是Bt毒素蛋白成功转入植物。尽管这一技术是成功的，仍有必要发展备择基因。利用其他形式的杀虫蛋白基因的生物技术可以为有害生物，病菌和植物寄生性线虫问题提供充足的解决办法（Haq et al., 2004）。

4.2 基因工程可能会产生的负面影响

基因漂移问题现在也引起了人们的普遍关注，如浦惠明等（2005）以转基因抗除草剂油菜Q3和HCN-19为花粉供体材料，油菜近缘作物为花粉受体材料。在自然授粉条件下研究甘蓝型油菜与芸薹属近缘作物间的基因漂移频率。结果表明，油菜对芸薹属6个种甘蓝、黑芥、埃芥、芥菜型油菜、白菜型油菜和甘蓝型油菜的基因漂移率分别为0、0.024 ~0.243 、0.028 ~0.092 、0.109~0.951 、0.479~0.879 、1.252~2.191。且基因漂移频率受多种因素影响，其

中与杂交亲和性、花期同步率、种植面积等高度相关。通过花粉将抗除草剂基因漂移给近缘作物，油菜是需要特别关注的作物。

再者就是人们认为转基因作物很可能会像化学农药那样，出现抗性问题。有人预测有害生物会很快地产生对如Bt作物的抗性，但至今仍没有因为Bt作物而导致的抗性频率增加的证据。然而在实验室和温室试验中，对Bt作物的至少3种有害生物（小菜蛾Plutella xylostella,棉红铃虫Pectinophora gossypiella和棉铃虫Helicoverpa armigera）的7个抗性品系已经产生。与此相对应的是，其他的实验室品系对Bt毒素本身而言产生了70-100倍的抗性，但在转基因作物上却不能存活。通过在美国对玉米螟Ostrinia nubilalis长达6年的监测，中国北部对棉铃虫3年的监测以及北卡莱罗那州对美洲棉铃虫Helicoverpa zea 2年的监测结果表明并未发现抗性频率的增加。总之Bt作物的成功已经超出预计，但依然不能排除将来可能出现抗性问题（Tabashnik et al., 2003）。

参考文献

1. Babu R M, Sajeena A, Seetharaman K, Reddy M S. Advances in genetically engineered (transgenic) plants

in pest management-an over view. Crop Protection, 2003, 22:1071–1086

2. Caoa J, Sheltonb A M, Earlea E D. Development of transgenic collards (Brassica oleracea L.,var.acephala)

expressing a cry1Ac or cry1C Bt gene for control of the diamondback moth. Crop Protection, 2005, 24:

804–813

3. Nakajima H, Muranaka T, Ishige F, Akutsu K, Oeda K. Fungal and bacterial disease resistance in transgenic

plants expressing human lysozyme. Plant Cell Rep., 1997, 16: 674-679

4. Feechan A, Kwon E, Yun B W, Wang Y Q, Pallas J A, Loake G J. A central role for S-nitrosothiols in plant

disease resistance. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2005, 102 (22): 8054–8059

5. Gahan L J, MA Y T, Coble M L, Gould F, Moar W J, Heckel D G. Genetic basis of resistance to Cry1Ac

and Cry2Aa in Heliothis virescens (Lepidoptera: Noctuidae). J. Econ. Entomol., 2005, 98(4): 1357-1368

6. Haq S K, Atif S M, Khan R H. Protein proteinase inhibitor genes in combat against insects, pests, and

pathogens: natural and engineered phytoprotection. Arch. Biochem. Biophy., 2004, 431: 145–159

7. Hulbert S H, Webb C A, Smith S M, Sun Q. Resistance gene complexes: evolution and utilization. Annu.

Rev. Phytopath., 2001, 39: 285-312

8. Iwal T, Kaku H, Honkura,Nakamura S, Ochiai H, Sasaki T, Ohashi Y. Enhanced resistance to seed-trans-

mitted bacterial disease in transgenic rice plants overproducing an oat cell-wall-bound thionin. Mol. Plant Microbe Interact., 2002, 15(6):515-521

9. Johel G S, Briggs S P. Reductase activity encoded by the Hml disease resistance gene in maize. Science, l992,

258: 985-987

10. Latha A M, Rao K V, Reddy V D. Production of transgenic plants resistant to leaf blast disease in finger

millet (Eleusine coracana (L.) Gaertn.) . Plant Science, 2005, 169:657–667

11. Li L, Steffens J C. Overexpression of polyphmol oxidase in transgenic tomato plants results in enhanced

bacterial disease resistance. Planta, 2002, 215(2):239-247

12. Martia G B, Brommonachenkel S H, Chunwongse J. Map based cloning of a protein kinase gene conferring

disease resistance in tomato. Science, 1993, 262: 1432-l436

13. Mehlo L, Gahakwa D, Nghia P T, Loc N T, Capell T, Gatehouse J A, Gatehouse A M R, Christou P. An

alternative strategy for sustainable pest resistance in genetically enhanced crops. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2005, 102(22):7812–7816

14. Naess S K, Bradeen J M, Wielgus S M, Haberlach G T, McGrath J M, Helgeson J P.Resistance to late

blight in Solanum bulbocastanum is mapped to Chromosome 8.Theor. Appl. Genet., 2000,101:697–704

15. Purcell J P，Greenplate J T, Jenningd M G, Ryerse J S, Pershing J C, Sims S R, Prinsen M J, Corbin

D R, Tran M, Sammons R D, Stonard R J.Cholesterol oxidase: a potent insecticidal protein active

against boll weevil larvae. Biochem. Biophys. Res. Comm.., 1993, 196: 1406-1413

16. Sharma H C, Sharma K K, Crouch J H. Genetic transformation of crops for insect resistance: Potential and

limitations. Cri. Rev. Plant Sci., 2004,23(1 ):47-72

17. Song J Q, Bradeen J M, Naess S K, Raasch J A, Wielgus S M, Haberlach G T, Liu J, Kuang H H,

Austin-Phillips S, Buell C R, Helgeson J P, Jiang J M. Gene RB cloned from Solanum bulbocastanum

confers broad spectrum resistance to potato late blight. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2003, 100(16) :

9128–9133

18. Surekha C, Beena M R, Arundhati A, Singh P K, Tuli R, Dutta-Gupta, Kirti P B. Agrobacterium-mediated

genetic transformation of pigeon pea (Cajanus cajan (L.) Millsp.) using embryonal segments and

development of transgenic plants for resistance against Spodoptera. Plant Science, 2005, 169(6):1074-1080 19. Tabashnik B E, Carriere Y, Dennehy T J, Morin S, Sisterson M S, Roush R T, Shelton A M, Zhao J Z. Insect

Resistance to Transgenic Bt Crops: Lessons from the Laboratory and Field. J. Econ. Entomol. , 2003, 96(4): 1031-1038

20. Tomoyuki I, Nariaki H. Nucleotide sequence of the gene for cholesterol oxidase from a Streptomyces sp. J

Bact., 1989, 171(1): 596-601

21. Trucco F, Hager A G, Tranel P J. Acetolactate synthase mutation conferring imidazolinone- specific

herbicide resistance in Amaranthus hybridus. J Plant Physiol., 2005, (6): 106-110

22. Zhao J Z, Cao J, Li Y X, Collins H L, Roush R T, Earle E D, Shelton A M. Transgenic plants expressing two

BT toxins delay insect resistance evolution. Nature biotech., 2003, 21(12):1493-1497

23. Zhao J Z, Cao J, Collins H L, Bates S L, Roush R T, Earle E D, Shelton A M. Concurrent use of transgenic

plants expressing a single and two Bacillus thuringiensis genes speeds insect adaptation to pyramided plants.

Proc. Natl. Acad, Sci. USA, 2005, 102(24): 8426–8430

24. 陈才俊，段婷婷，秦立新，廖国会，陈湘燕. 基因工程与农药. 西南农业学报，2005，18（2）：208-212

25. 李春来，张怀渝. 植物抗病基因同源序列(RGA)研究进展. 分子植物育种，2004，2（6）：853-860

26. 令利军，万平，张正英. 几种常见植物抗虫基因作用机理研究进展. 生物技术通报，2004，（1）：

27-30

27. 刘伟，王金信，杨广玲，鲁梅. 基因工程与抗病虫除草剂的转基因作物研究现状. 农药，2004，43（11）：

487-491.

28. 浦惠明，戚存扣，张洁夫，傅寿仲，高建芹，陈新军，陈松，赵祥祥. 转基因抗除草剂油菜对近缘作

物的基因漂移. 生态学报，2005，25（3）：581-588

29. 王景余，金成海，方秀琴，林秀峰，林秀云. 抗除草剂基因基因枪法转化粳稻的研究. 吉林农业科学，

2005，30（2）：3-6

30. 王亦菲，郝峥嵘. 普通野生稻凝集基因的克隆及序列分析.上海农业学报，2000,16(1)：13-16

31. 王友红，张鹏飞，陈建群. 植物抗病基因及其作用机理. 植物学通报，2005，22(1)：92-99

32. 王志斌，李学勇，郭三堆．植物凝集素与抗虫基因工程. 生物技术通报，1998，(2)：5-10

33. 庄军，刘志昕. 植物抗病基因的进化. 遗传，2004，26(6)：962-968

Plant Resistant Genes against Disease, Insect Pest and

Herbicide and Gene Engineering

ZHANG Yong-qiang

（College of Plant Protection Southwest University, Chongqing 400716）

Abstract

Botanical Disease, insect pests and weed were the most important part of plant protection and pesticide ever built its contributions in work war exploits during the plant protection. Recently the slather and misuse of pesticide brought huge negative effect on the environment. The gene engineering technology arisen in 1970s offered a new pathway to solving this problem. The classification of plant anti-disease gene and the recent report of concerned genes; the origin of anti-insect pest gene and the recent documents on these genes and the results of involved experiments; anti-herbicide gene and the application of gene engineering in modern agriculture were reviewed in this paper.

Keywords: Plant disease resistance; Plant insect pest resistance; Herbicide resistance; Gene engineering