抗虫转基因植物的研究进展及前景
抗虫转基因杨树研究进展及前景
杨 树转 基 因技 术进 展迅 速 ， 已有近 ２ ０个 杨属 树种 或
杂种 获得 了转基 因植 株 ， 且针 对不 同的育 种 目标 ， 进 行 了不 同方 向的杨树 基 因工程 研究 。抗 虫转 基 因杨 树 的选育 是杨 树遗 传 性 状 改 良的重 要 内容 之一 ， 许 多不 同来 源 的蛋 白具 有 杀 虫 活性 ， 典 型 的例 子是 最 不 同类 型的 Ｂ 杀虫 蛋 白 、 白酶抑 制剂 和 昆虫 特 异 ｔ 蛋 性 神经 蝎毒 素等 ， 年来 利 用 这 些 杀虫 蛋 白基 因转 近
毒素 也对森林 害虫 具有 毒 杀作 用 。伍 宁 丰 等首 次报 道 了用 基 因转化欧洲黑 杨 ， 到 了转基 因植 株 ］ 得 。 Ｍｃｏ ｎ等用基 因枪 法将 含 Ｂ．ｒｌａ基 因的融合 基 Ｃｗ ｔ ｙＡ Ｃ
因导 入银 白杨 ×大 齿 杨 （ ．ａｂ ×Ｐ ｒｎ ｉ ｎａ Ｐ ｌ ａ ．ｇａｄｄ ｔ． ｅ
文章 编 号 ： ０ —７８ （０ ６ ０ ０ ３ ０ １ １ ３０ ２ ０ ）４— ０ ６— ６ ０
抗 虫 转 基 因杨 树 研 究 进 展 及 前 景
郭 同斌 钱桂芝 张肃俊 张 莉 杜 伟 于艳 华 刘忠刚 ， ， ， ， ， ，
（ ． 州市森林病虫防治检疫站 ， １徐 江苏
的研究进展状况 ， 对杨树抗 虫基 因工 程研 究存 在的问题 和前景进行了讨论。 并
关 键 词 ： 树 ； 因工 程 ； 虫 性 杨 基 抗 中 图分 类 号 ：７ ２ １ ￥９．１ 文献标识码 ： Ａ
第一 个杨 属 （ ｏ ｕｕ ｐ ． 树 种 的 人 工 育种 始 Ｐ ｐ ｌ ｓｐ ） ｓ
植物基因工程技术的应用与发展趋势
植物基因工程技术的应用与发展趋势一、植物基因工程技术的概述植物基因工程是指通过遗传学、生物化学、分子生物学、细胞生物学等多学科合作的研究手段，将某些生命过程中关键的基因从一种生物中分离出来，经过重组后，转移到另一种生物上，使这种生物产生某些种类的新酶、新代谢物、新蛋白质或新表型等改变。
基因工程技术的应用领域非常广泛，其中，植物基因工程技术在农业、环保、医学等方面有着广泛的应用。
二、植物基因工程技术在农业方面的应用1. 抗虫、耐病植物的培育基因工程技术可以通过转移特定的抗虫、耐病基因，对植物进行优化改良，从而培育出更加强壮、健康的作物品种。
在转基因作物领域中，最为成功的是培育出的Bt玉米。
Bt玉米产生的Bt毒素，可以杀死害虫，大幅度减少对农药的依赖，提高种植效益。
2. 提高作物产量通过转移调控产量的基因，例如水稻中的SBEIIb基因，可以降低淀粉含量，从而提高水稻的产量。
此外，基因工程还可用于提高作物的耐盐性、耐旱性、耐寒性等，从而大大提高作物的适应性和经济效益。
3. 增加作物的营养价值基因工程技术可以通过转移特定的营养基因，来增加食用作物的营养价值。
例如，转移含金属元素离子的运输蛋白基因，可以将其从叶绿体移动到种子中，从而提高种子中的矿物质含量。
三、植物基因工程技术在环保方面的应用1. 生物除草剂的制作采用基因工程技术，将抗草药物—农杆菌素的代谢途径进行一定的改造，生成具有独特生物活性的该种抗草素类物质，从而生成高效的生物除草剂。
生物除草剂不会对环境造成不可逆转的影响，同时可以显著地减少农药的使用，更能降低二氧化碳的排放量。
2. 植物净化环境基因工程技术可使植物的生长和发育受到重大的调节，此外，通过转移特定的基因，可以将植物从重金属、土壤污染中解放出来。
例如，在炼钢厂附近种植转基因植物根系中携带的重金属吸附基因，可以使植物从污染物质中吸收到较少的重金属，减轻环境负荷。
四、植物基因工程技术在医学方面的应用1. 新药物的生产基因工程技术可以有效地从植物中提取所需的药物成分。
转基因抗虫棉
转基因抗虫棉的研究进展摘要：综述了转基因抗虫棉的研究进展，包括抗虫基因的研究、载体构建技术的研究、转化技术的研究及存在的问题等，并展望了转基因抗虫棉未来发展前景。
关键词：转基因抗虫棉花研究进展引言棉花生长周期长、虫害多，造成的损失非常严重。
据统计，在转基因抗虫棉商品化之前，全球每年用于防治棉花虫害的费用高达20亿美元，约占所有农作物防虫费用的四分之一。
[1]传统的化学农药防治棉铃虫不仅费用高，且已引发了棉虫的抗药性，同时化学杀虫剂的过量使用也带来了环境污染的问题，而转基因植物所产生的杀虫蛋白主要是通过抑制害虫消化等生理功能而达到抗虫的目的。
与施药防治棉田害虫相比，转基因技术具有较多优势：不会在土壤和地下水中造成残留；不会被雨水冲刷流失；对非靶标生物无毒性；保护作用无盲区；减少农药及用工投入[2]等。
雪花凝集素（Gulanthus nivalis agglutinin gene，GNA）是第一个转入重要作物、并对刺吸式口器害虫有抗性的基因，转GNA的水稻可降低害虫的存活率，阻止害虫的发育[3]。
另外烟草阴离子过氧化物酶[4]、昆虫几丁质酶基因[5]也被用于抗虫基因工程的研究。
迄今为止在棉花抗虫基因工程研究领域，最成功的例子是苏云金芽孢杆菌Bt杀虫基因的应用，其次是蛋白酶抑制剂基因。
另外，凝集素、α-淀粉酶抑制剂、胆固醇氧化酶等转基因抗虫植物的研究也取得了进展，所以利用基因工程技术培育转基因抗虫棉受到了各国的高度重视。
自1996年商品化种植转基因作物开始，全球转基因植物的种植面积已由1996年的170万hm2猛增到2008年的1.25亿hm2，增长了73倍，2008年全球市场价值已达75亿美元，约占全球商业种子市场的22%，其市场价值优势明显，转基因产业得到了蓬勃发展，尤其在发展中国家。
印度Bt棉2002年引入，连年种植面积快速增加，至2008年达760万hm2，产量翻番，曾经是全球棉花产量很低的国家，现已成为棉花出口国。
转基因抗虫玉米的种植
转基因抗虫玉米的种植近年来，转基因技术在农业领域发挥着越来越重要的作用。
其中，转基因抗虫玉米作为一种重要的转基因作物，受到了广泛关注和应用。
它通过引入特定的基因，使玉米具备了抗虫能力，有效地解决了农作物遭受虫害侵袭的问题。
本文将从转基因抗虫玉米的原理、优点和争议等方面进行阐述。
转基因抗虫玉米通过转移特定的基因，使其具备了抗虫能力。
这些基因可以来自于其他生物，如细菌、植物等。
其中最常见的基因是来自细菌的Bt基因。
Bt基因编码一种称为Bt蛋白的毒素，具有对虫害害虫具有高度选择性的作用。
当害虫摄入含有Bt基因的玉米部分，Bt蛋白会破坏害虫的肠道细胞，导致害虫死亡。
这种抗虫机制能够有效地减少害虫对玉米的危害，提高作物的产量和质量。
转基因抗虫玉米相比传统玉米具有诸多优点。
首先，转基因抗虫玉米能够降低农药的使用量。
传统种植玉米时，为了控制害虫，农民需要大量喷洒农药，不仅增加了成本，还对环境和人体健康造成了潜在的威胁。
而转基因抗虫玉米通过自身的抗虫能力，减少了对农药的依赖，不仅节约了农民的经济成本，也减少了对环境的污染。
其次，转基因抗虫玉米能够提高农作物的产量和质量。
由于害虫对玉米的危害大大降低，作物的生长状况更加良好，产量也相应提高。
同时，减少了害虫的侵害，玉米的品质也得到了保证。
这对于农民来说，意味着更高的经济效益和市场竞争力。
然而，转基因抗虫玉米也存在一些争议。
首先，有人担心转基因作物对生态系统的影响。
虽然转基因抗虫玉米对害虫有高度选择性，但也不能完全排除对其他昆虫的影响。
一些研究显示，转基因抗虫玉米对非目标昆虫，尤其是蝴蝶、蜜蜂等有害。
其次，转基因作物的长期食用安全性仍存在争议。
虽然转基因抗虫玉米在国际上经过了多次安全评估，并被认为对人体无害，但仍有人担忧其对人体健康的潜在风险。
此外，转基因技术也引发了一些伦理和道德问题的争议，如知情同意、物种保护等。
总体而言，转基因抗虫玉米的种植是农业领域中一项重要的技术创新。
转基因作物快速检测技术进展与展望
转基因作物快速检测技术进展与展望1. 引言1.1 转基因作物的定义转基因作物是指通过人为干预，将外源DNA或RNA基因导入植物细胞中，以实现目标基因的转导和表达，从而赋予植物新的性状或功能。
转基因技术的应用使得农作物具有抗虫、抗病、耐逆、提高产量等优点，极大地促进了农业生产的发展。
转基因作物的开发贯穿了整个农业生产领域，涉及粮食作物、经济作物、蔬菜等多个品种。
通过转基因技术改良的作物，能够更好地适应不利的生长环境，提高产量和品质，有效解决人类粮食安全和农业可持续发展的问题。
在转基因作物的相关研究中，基因检测是至关重要的一步。
通过检测和验证转基因作物中的外源基因，可以确保作物的品质和安全性，防止转基因作物对环境和人类健康造成潜在风险。
快速准确地检测转基因作物中的外源基因具有重要的意义，也成为转基因作物生产与监管的基础。
1.2 快速检测技术的重要性快速检测技术在转基因作物领域具有极其重要的意义。
随着转基因作物种类的增多和应用范围的扩大，需要对市场上的食品和农产品进行快速、准确的检测，以保障消费者的健康和权益。
快速检测技术能够在短时间内对样品进行高效筛查，确保产品的质量和安全性。
转基因作物的快速检测技术也对监管部门具有重要意义。
监管部门需要对市场上的转基因产品进行监测和管理，以确保产品符合法规标准。
快速检测技术能够帮助监管部门快速准确地对样品进行检测，为监管工作提供有力支持。
转基因作物的快速检测技术也在科研领域具有重要意义。
科研工作者需要对转基因作物进行研究和开发，快速检测技术可以帮助他们快速准确地对转基因作物进行鉴定和分析，推动科研工作的进展。
快速检测技术在转基因作物领域的重要性不言而喻，其应用将为消费者、监管部门和科研工作者带来诸多好处和便利。
2. 正文2.1 转基因作物快速检测技术的现状目前，转基因作物的快速检测技术已经取得了重要进展，使得检测的速度和准确性得到了显著提高。
传统的转基因作物检测方法主要依靠生物学特性和蛋白质检测，这些方法虽然准确，但耗时较长且操作复杂。
植物抗病虫害的基因工程技术与应用
汇报人：可编辑 2024-01-07
目 录
• 植物抗病虫害基因工程概述 • 植物抗病虫害基因工程技术 • 植物抗病虫害基因工程的应用 • 植物抗病虫害基因工程的前景与挑战
01
植物抗病虫害基因工程概述
植物抗病虫害基因工程定义
植物抗病虫害基因工程是指利用基因 工程技术将抗病虫害基因导入植物细 胞，使植物获得抗病虫害的性状，提 高植物的抗病虫害能力。
植物抗病虫害基因工程面临的挑战
01
安全性问题
转基因植物的安全性尚未得到全 球范围内的广泛认可，需要进一 步研究和验证。
02
03
环境适应性
技术瓶颈
转基因植物在环境中的适应性尚 未得到充分验证，可能对生态环 境造成不良影响。
目前基因工程技术仍存在技术瓶 颈，如转化效率、基因表达调控 等方面的问题。
提高植物抗病虫害基因工程效果的策略
促进农业可持续发展
植物抗病虫害基因工程的实施可以提高农作物的抗性，减少化肥和农 药的使用，降低农业成本，促进农业的可持续发展。
植物抗病虫害基因工程的历史与发展
起始阶段
20世纪80年代初，科学家开始尝 试利用基因工程技术培育抗病虫 害的植物。
发展阶段
随着基因克隆和转化技术的不断 进步，越来越多的抗病虫害基因 被发现和克隆，植物抗病虫害基 因工程得到了迅速发展。
应用阶段
目前，植物抗病虫害基因工程已 经广泛应用于农业生产和园艺等 领域，为农作物和植物的保护提 供了有效的手段。
02
植物抗病虫害基因工程技术
基因克隆技术
基因克隆技术是植物抗病虫害基因工程技术的基础，通过该技术可以分离和克隆抗病虫术能够快速、准确地获取目标基 因。
雪花莲凝集素转基因抗虫植物的研究进展
雪花莲凝集素转基因抗虫植物的研究进展摘要：近年来雪花莲凝集素（GNA）基因已成为国内外在植物抗虫基因工程中应用较为广泛的基因。
目前已在小麦、大豆、水稻等农作物上的研究获得成功，并有相当规模的种植。
另外在烟草、马铃薯、地瓜、莴苣、棉花、甘蔗、油菜等经济作物也已经试验成功.GNA转基因抗虫植物的培育为减少杀虫剂的使用和提高产量以及环境保护方面起到了巨大的作用。
本文就GNA的分布、来源、杀虫机理、GNA转基因抗虫植物的发展况以及种植GNA抗虫植物的安全性进行了概述。
关键词:GNA基因;转基因植物;抗虫;安全Research advances in GNA transgenicanti-insect plantsAbstract:in recent years the snowdrops lectin gene(GNA)become insect-resistant genes in plants at home and abroad in engineering application a wide range of genes. Currently on wheat,soy and rice crops in research,and has won initial success of comparable size planting.Other tobacco potatoes sweet potato lettuce in economic crops such as cotton and sugar cane rape trial has success.GNA genetically modified insect resistance plant cultivation to reduce the use of pesticides and increase production and environmental protection has played a great role.This paper the distribution insecticidal mechanism GNA GNA genetically modified insect resistance plant development status and planting GNA insect resistance plant impact on environment were summarized.Keywords:GNA genes;transgenic plants;anti-insect;safety雪花莲凝集素（Galanthus nivalis agglutinin简称GNA）是植物外源激素的一种，成熟的GNA是四聚体蛋白，且蛋白质分子未被糖基化，同时含有12个甘露糖专一性结合位点，属整体凝集素类。
抗虫转基因植物的抗虫原理
抗虫转基因植物的抗虫原理抗虫转基因植物是利用转基因技术向植物中导入特定的抗虫基因，使植物在抗虫方面具有更好的抗性。
这种技术的运用为农业生产带来了巨大的效益，提高了农作物的产量和质量，减少了农药的使用，降低了农业生产成本，给环境和人类健康带来了更多的保护。
本文将从抗虫转基因植物的抗虫原理、应用现状和前景展望等方面进行深入研究。
抗虫转基因植物的抗虫原理主要是通过导入特定的抗虫基因，使植物在遭受害虫侵袭时产生抗虫蛋白，从而起到抗虫的作用。
这些抗虫蛋白可以干扰害虫的生命周期、生理活动或消化系统，使害虫无法正常生长繁殖，从而实现抗虫的效果。
目前，应用较广泛的抗虫基因包括Bt基因和CaM基因等。
Bt基因是来源于一种叫做苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)的细菌，该细菌产生的一种晶状蛋白具有杀虫活性。
将Bt基因导入到玉米、棉花等农作物中，使这些植物在受到害虫侵袭时产生Bt蛋白，从而杀死害虫。
Bt基因作为一种高效、广谱的杀虫剂，在农业生产中得到了广泛的应用，取得了显著的抗虫效果。
CaM基因则是一种来源于拟南芥(Arabidopsis thaliana)的植物，在受到卷叶虱(aphid)侵袭时，这种植物会产生一种叫做CaM蛋白的物质，从而抑制卷叶虱的生长繁殖。
将CaM基因导入到番茄、黄瓜等作物中，使这些植物在遭受卷叶虱侵袭时产生CaM蛋白，有效地防止了卷叶虱的危害。
CaM基因的抗虫机制与Bt基因略有不同，但都展现了良好的抗虫效果。
除了Bt基因和CaM基因外，还有许多其他的抗虫基因被应用于抗虫转基因植物中。
例如，一些植物自身具有的抗虫基因，如玉米对玉米螟的抗虫基因、水稻对稻纵卷叶螟的抗虫基因等，也被利用到转基因植物中，增强了植物的抗虫性。
此外，一些由合成生物学研究得到的新型抗虫基因，如抗菜青虫的Cry1Ac-eco蛋白、抗粘虫的MSSAlg蛋白等，也在转基因植物中显示出了很好的抗虫效果。
随着转基因技术的不断发展和推广应用，抗虫转基因植物在农业生产中的应用范围不断扩大，取得了显著的成效。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
抗虫转基因植物的研究进展及前景由害虫、真菌、病毒、细菌等有害生物因子引起的病虫害是森林树木死亡和产品减少的重要因素一个世纪以来,科学们应用常规育种的方法为林木抗性品种的选育做出许多努力,取得了不少可喜的成绩。
但林木生长周期长,这是林木抗性育种工作一个最大障碍。
基因工程的诞生给林木抗性育种带来了新的、突破性的方法。
林木抗病虫基因工程就是利用重组DNA技术,将抗性外源基因导入林木染色体,从而产生具有外源基因表达的转基因林木。
80年代以来,随着基因分离、表达载体构建、植物遗传转化和外源基因在高等植物细胞中的表达等方面的深入研究,特别是利用真核基因启动子构建融合基因的工作解决了外源基因在植物转化细胞中的表达问题,加速了林木基因工程的进展。
在近10余年里,已有20余种树木如杨树、火炬松、花旗松、白云杉、桤木、核桃、刺槐、麻栎、桉树、苹果、欧洲赤松、兰伯氏松、挪威云杉和思格曼云杉等先后进行了基因工程的研究,已获得转基因植株的有杨树、核桃、柳、松树、苹果、李和葡萄等。
到目前为止,有些项目开始或已经进入商业化操作阶段。
研究领域有抗虫、抗病、抗除草剂耐盐、耐高温、耐干旱、耐冻等基因工程。
本文对国内外林木抗病虫基因工程的现状以及在其研究发展中存在的问题作一概述。
1 抗虫转基因植物的研究进展害虫是林业生产上的大敌之一。
化学药剂杀虫不仅成本高,且造成严重的环境污染和食品中的残毒。
人们很早就知道可以利用生物防治的方法来控制虫害。
现在利用基因工程可以有效地达到这个目的。
目前,人们已从细菌、植物本身及昆虫体内发现并分离到许多抗虫基因,有的已导入植物获得了抗虫转基因植株。
目前,研究的抗虫基因有以下几方面。
1.1苏云金杆菌毒蛋白基因苏云金杆菌(Bacillusthurigiensis简称Bt)制剂长期以来用于多种害虫的生物防治,因其产生大量的伴胞晶体蛋白对昆虫幼虫有很强的毒杀作用。
伴胞晶体由具有高度特异性杀虫活性的结晶蛋白组成。
根据毒蛋白基因的序列同源性和它们编码蛋白的抗虫谱,可划分为四大类及若干小类。
类型Ⅰ(CryⅠ)对鳞翅目:类型Ⅱ(CryⅡ)对鳞翅目和双翅目:类型Ⅲ(CryⅢ)对鞘翅目:类型Ⅳ(CryⅣ)对双翅目有特异毒性。
最近几年中,还发现类型Ⅴ(CryⅤ)既对鳞翅目又对双翅目有特异性。
首次报道获抗虫基因植株是在1987年,比利时Mentagn实验室的Veack等人,用CryⅠA[b]基因与NPTⅡ基因融合,转化烟草,结果得到转基因烟草植株。
同年,美国MonsantoAgra-cetus和Agrige-netic公司分别获得抗虫转基因蕃茄和烟草植株。
这些植株在实验室条件下用烟草天蛾幼虫检测抗虫性,结果证明虽有一定的抗虫性,但都难以或几乎检测不到晶体蛋白的表达。
经分析,主要原因是在杀虫晶体蛋白的基因的编码区内有一些特殊序列存在,使杀虫晶体蛋白基因在植物体内转录后加工的效率不高,mRNA转运过快造成mRNA不稳定,或因含量过低而检测不到全长的mRNA。
在国内,中国农业科学院生物技术研究中心、中国科学院微生物研究所、中国科学院上海植物生理研究所等单位,在80年代中后期,也将Bt杀虫晶体蛋白基因CryⅠA、CryⅠC 等基因进行了克隆和序列分析,并将3′端缺失基因导入水稻、棉花、烟草和甘蓝等,得到转基因植株。
经生物杀虫检测,杀虫性与国外报道的基本相同。
1989年,Murray等人发现了Cry基因中存在着许多不稳定元件。
因此,人们又把注意力集中在人工改造和人工合成Bt杀虫晶体蛋白基因上,Palak等部分改造了野生型的CryⅠA[b]基因序列,得到PmCryⅠA[b],转化烟草和蕃茄得到抗虫基因植株,其表达量提高了10倍。
人工合成基因是将B杀虫体蛋白结构中的所有不稳定元件,几乎全部换掉。
合成基因称为FmCryⅠA[b],在转基因植株内表达量提高30-100倍或更高。
1991年开始,郭三堆等在国内首先合成了CryⅠA杀虫晶体蛋白结构基因,此后田颖川、白永延等也先后合成和部分改造了CryⅠA 基因,并导入烟草、甘蓝和棉花获得抗虫转基因植株。
现在国内外利用修饰、改造、部分及全合成的Cry基因转化植物,得到抗虫转基因植物已达25种以上,取得了突破性进展。
在此基础上,林木抗性基因工程工作也同时开展起来。
1990年中国农业科学院范云六等成功地将对鳞翅目昆虫有毒性的Bt毒蛋白基因用根癌农杆菌导入欧洲黑杨获得转基因植株。
1991年McownB.H 等人利用电激法将抗虫Bt基因导入银白杨×大齿杨和欧洲黑杨×毛果杨杂种中,前者获得抗虫转基因植株。
美国威斯康星大学等单位,已成功地将抗虫Bt基因与蛋白酶抑制剂基因导入云杉中,有效地防止了卷叶蛾的危害。
1994年KleinerK.W等人获得抗枯叶蛾毛虫和吉卜赛蛾的转基因杂种杨(NC5339)无性系。
同年ShinD.I等将Bt基因转入欧洲落叶松,通过Southern,Northern和Westernblot分析以及生物测定证明该基因已得到表达。
中科院上海植生所和南京林业大学合作,将Bt 基因导入毛白杨和美洲黑杨×小叶杨无性系NL-80106。
中科院微生物所对Bt基因的5′端和3′端进行改造,构建了带有双转录的增强子,并植入翻译增强子TMV的Ω片段的中间载体,分别将有四种不同缺失长度的Bt基因载体,即含全长基因3·6kb、2·8kb、2·1kb和1·8kb 转入农杆菌LBA4404,并与中国林科院合作转化欧洲黑杨共获得54棵转基因植株,SouthernBlot证明该基因稳定地插入到杨树基因组中,虫试测定表明,其毒杀鳞翅目害虫舞毒蛾和杨尺蠖的能力高达76-100%。
后来中国林科院又把上述Bt基因导入欧美杨和美洲黑杨,成功地获得转Bt基因抗叶部害虫植株。
WangGejiao等也成功地获得转Bt基因的黑杨植株,经2~3年的抗虫测定和优良性状选择,有3个无性系即12、153和192在中国6个省种植进行评估。
1998年Son-SukGyu等在杂种杨转基因研究时,发现PEHA101载体比LBA4404/PB121效率高达6倍。
到目前为止,有表达Bt基因的树种有杨树、苹果、核桃、落叶松、花旗松、火炬松和云杉等。
1.2蛋白酶抑制剂基因蛋白酶抑制剂(PI)是自然界含量最为丰富的蛋白种类之一,存在于所有生命体中。
植物中存在三类,它们是丝氨酸蛋白酶抑制剂、疏基蛋白酶抑制剂和金属蛋白酶抑制剂。
前者与抗虫关系密切,疏基蛋白酶抑制剂对鞘翅目昆虫具有独特抗性。
它们的杀虫机理就在于,它能与昆虫消化道内的蛋白消化酶相互作用,形成酶—抑制剂复合物(E Ⅰ),阻断或减弱消化酶的蛋白水解作用,所以影响外来蛋白的正常消化,同时它刺激消化酶的过量分泌,通过神经系统反馈,使昆虫产生厌食反应,最终造成昆虫的非正常发育或死亡。
目前,已有多种蛋白酶抑制剂基因或cDNA被克隆,并得到一批转基因植株,转基因植株表现出良好的抗虫效果,尤其是丝氨酸类蛋白酶抑制剂中的豇豆胰蛋白酶抑制剂(CPTⅠ)和马铃薯蛋白酶抑制剂—Ⅱ(PⅠ—Ⅱ)。
豇豆胰蛋白酶抑制剂具有广谱抗虫性,纯化的CPTⅠ对鳞翅目、鞘翅目及直翅目的害虫有毒性。
1987年英国的Hilder首先获得转CPTⅠ基因烟草植株。
刘春明等对鉴定出的转基因植株,用2—3龄的棉铃虫进行抗虫测试,4天后死亡率达50%,存活的虫生长发育也明显受到了抑制。
中科院遗传所对CPTⅠ基因转化杨树,也获得成功。
在随后几年中,美国、英国和中国研究人员相继把CPTⅠ基因转入一些重要的经济植物中,包括苹果和杨树。
PⅠ—Ⅱ是一类损伤诱导型表达的基因产物,主要成分是丝氨酸蛋白酶抑制剂。
1988年美国依阿华大学林学系在林木方面首先利用PⅠ—Ⅱ基因,以根癌农杆菌Ti质粒为载体对杨树杂种无性系NL5339进行转化,获得卡那霉素植株。
蛋白酶抑制剂基因在抗性基因工程中突出的优点是抗虫谱广,对几个目的昆虫均有毒性作用,而Bt基因抗虫谱却十分有限;其次,它来自植物本身,比来源于细菌的转基因产品更易于被公众接受。
问题在于,基因表达量还远远达不到要求,这给基因工程带来一定的难度。
1.3其它淀粉酶抑制剂(aAl)、外源凝集素(Lectin)、几丁质酶(Chitinase)、核糖体失活蛋白(RIP)等基因也是丰富的抗虫基因,在基因工程中发挥作用。
ALtabella等把菜豆aAl编码和种子特异性表达的蚕豆植物血凝素基因及其调控区融合在一起,插入到Ti质粒表达载体中转化烟草,发现aAl基因能稳定地表达。
在Lectin基因转化方面,Maddock(1990)用基因枪转化玉米胚性悬浮细胞系获得成功,转化的植株对欧洲玉米螟具良好的抗性。
此外还成功地将豌豆外源凝集素基因导入烟草和马铃薯,抗蚜虫效果明显。
目前,在林木方向未见报道。
应当指出,这些工作刚刚开始不久,获得的转基因植株是否对人、畜无害还有待进一步证实。
2抗虫转基因植物的研究前景基因工程为林木抗病虫开辟了一条诱人的新的育种途径。
林木生长周期长,用常规育种方法不仅时间长,见效慢,而且可操作性差。
应用基因工程进行林木抗病虫育种有其显著的优越性,它可以大大地缩短育种周期,又可在基因水平上改造林木抗性遗传物质,更具科学性和精确性,提高了育种的目的性和可操作性。
此外,还大大地扩大了育种的范围,打破物种之间的生殖障碍,实现基因的共同性。
所以,只要我们面对存在的问题,加大研究投入,并有效地与常规的林业技术措施相配合,必将会培育出更多有价值的抗病虫基因工程树木。
参考文献[1]王学聘等林业科学1997,33(1):69-74.[2]李强等世界林业研究1996,9(4):10-16.[3]陈颖等林业科学1995,31(2):97-102.[4]陈颖等林业科学1996,32(3):274-276.[5]许农等南京林业大学学报1993,17(1):78-82.[6]张绮致等世界林业研究1998,11(1):8-13.[7]田颖川等生物工程学报1993,9(4):291-297.[8]刘进元等生物工程进展1994,14(2):31-34.[9]郑金宝等河北农业大学学报1995,18:320-25.[10]SeguinA.etal.ForestProductsBiotechnology,1998,287-303.[11]KlopfensteinN.B.etal.Can.J.For.Res.,1991,21:1321-1328.[12]DowdP.F.etal.CellularandMolecularLifeSciences.1998,54:7,712-720[13]WangGeJiaoetal.TransgenicResearch.1996,5:5,289-301.[14]KleinerK.Wetal.EnvironmentalEntomology.1995,24:5,1358-1364.[15]ShinD.Ietal.CanadianJournalofForestResearch.1994,24:10,2059-206.[16]TianY.Cetal.AgricolturaRicerca.1993,15:146,22.[17]SonSukGyuetal.JournalofKoreanForestrySociety,1998,87:2,164-172.。