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1、植物抗病基因工程研究进展 摘要随着植物抗病基因的分离,植物抗病机制的分子生物学和植物抗病基因工程取得了重大研究进展。该文就植物抗病基因工程的原理、目的基因、转化方法等进行综述,并对植物抗病基因工程的应用前景做了展望。 关键词植物;抗病基因;基因工程;原理;目的基因;转化方法;前景 Abstract1[12]、抗霜霉病基因RPP5[13],亚麻抗锈病基因L6[14],大麦抗白粉病基因Mol[15]等。这些抗病基因多数已转化到相应的感病植株中,并均使转基因植株表现出了对病原菌特定生理小种的抗性。 随着基因工程学研究的深入和发展,将获
2、得大量的植物高密度遗传图谱,这为定位克隆技术的广泛应用提供了有利的条件和丰富的信息。同时由于R基因在序列和结构上的相似性,利用与已知R基因的同源关系分离新的R基因,将大大提高克隆效率与速度。 2.2病原体无毒基因 针对转基因植物抗性单一的问题,Deonas和黄单胞属Xanthomomas。目前无毒基因在植物抗病基因工程上的实际应用远比植物本身的抗病基因广,且有良好的应用前景,因此对病毒基因的克隆具有重要的意义。 2.3植物防卫反应基因 植物防卫反应基因是由抗病基因产物与无毒基因产物相互识别后激活的,对病原菌有直接作用的植物基因在
3、植物的防御机制中起着重要作用。因此,导入植物防卫基因是目前抗病基因工程中较为有效的一种策略[17]。已分离的防卫基因有:参与植保素(PA)合成的相关酶基因、病程相关蛋白(PR)基因、木质素合成相关基因、钝化病原菌致病酶或毒素的蛋白质基因、富含羟脯氨酸糖蛋白和富含甘氨酸糖蛋白的基因、核糖体失活蛋白基因、溶菌酶基因等。 2.3.1病程相关蛋白(PR)基因。病程相关蛋白(PR)基因是目前的研究热点,该基因对植物的抗病性,尤其是系统获得性抗性具有重要作用。近年来陆续发现的PR蛋白有:几丁质酶CHI、β-l,3葡聚糖酶GLU、类甜蛋白等。其中,
4、又以CHI和GLU的研究最多。几丁质酶CHI和β-l,3葡聚糖是大多数植物病原真菌细胞壁的主要成分,CHI和GLU具有降解病原真菌细胞壁的作用,纯化的几丁质酶和葡聚糖酶单独或同时存在都能抑制病原真菌的生长,从而抑制病原真菌的侵染。现已从菜豆、水稻、烟草、拟南芥、油菜和甜菜等中克隆到几丁质酶基因,从大豆、烟草、大麦和豌豆等作物中克隆到葡聚糖酶基因。由菜豆几丁质酶基因单独转化、烟草葡聚糖酶基因与菜豆几丁质酶基因联合转化得到的转基因植株分别对烟草立枯丝核菌和烟草赤星病有较高抗性[18]。一些葡聚糖酶基因也从大豆、大麦、烟草等作物中分离,与合适
5、的启动子构建重组质粒后转化植物获得了转基因植物。Zhu等[19]报道水稻碱性几丁质酶基因和苜蓿葡聚糖酶基因的转基因烟草对烟草蛙眼病表现出了较只转一种基因的烟草更强的抗性。 2.3.2溶菌酶基因。溶菌酶具有几丁质酶和葡聚糖酶的双重活性,对植物病原菌表现出很强的裂解活性。在已获得的T4噬菌体溶菌酶基因的转基因马铃薯中,虽然只有低水平的合成表达,但能有效地分泌到由胞间隙中,明显提高了对马铃薯黑胫病的抗性。 2.4其他生物的抗菌蛋白基因 自然界中的各种生物对病原菌都有其自身的防御机制和相应的抗菌物质,这为人们寻找抗菌蛋白基因提供了一个广阔
6、空间。目前,人们已从昆虫、动物、细菌、真菌中分离到许多抗菌蛋白,将其笼统称为“抗菌肽”。 抗菌肽主要是通过形成离子通道直接破坏细胞膜来杀灭病原菌,因此病菌很难对基产生抗性。加之抗菌肽具有抗菌谱广、分子量小、基因操作容易等特点,因此分离和克隆这些抗菌肽基因并将其转入植物中是当前抗真菌基因工程的一个主要研究内容,植物转抗菌肽基因工程的研究已成为植物抗病育种的重要途径。Yevtushenko等[20]曾将Cecropin基因导人烟草中,发现可降低烟草真菌病害引起的死亡率。 3转化方法 自1983年第一例转基因植物-烟草在美国获得成功以来
7、[20],经过科学家20多年的探索,转基因技术日臻成熟,已形成了以农杆菌转化和基因枪转化技术为主体的两大植物转化系统。其中,农杆菌介导的基因转移占绝大多数,成功率最高。基因枪法也是主要的转化方法,其他的转化方法也都成功地得到了转基因植株,各具特点。 3.1农杆菌介导法 第一例转基因植物就是用农杆菌介导法完成的。农杆菌介导的基因转化方法是迄今最可靠、最有效的转化方法。 根癌农杆菌含有Ti质粒,Ti质粒上的T-DNA可以插入到植物基因组中,诱导宿主植物中瘤状物的形成。因此,将外源目的基因插入到T-DNA中,借助Ti质粒的载体作用,使目
8、的基因在宿主植物中整合、表达。 农杆菌介导法主要以植物的分生组织和生殖器官作为外源基因导入的受体,通过真空渗透法、浸蘸法及注射法等方法使农杆菌与受体材料接触,以完成可遗传细胞的转化,然后利用组织培养的方法
