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1、山东农业科学ShandongAgriculturalSciences2007年第2期植物源抗虫基因在作物育种中的应用123王鹏,赵强,刘蕾(1山东省农业科学院,山东济南250100;2济宁师范专科学校生物系,山东曲阜273155;3济南市第三中学,山东济南250100)摘要:利用基因工程培育抗虫新品种是农作物害虫防治的有效途径,而植物源抗虫基因的应用更是其中研究的热点。本文就植物来源的蛋白酶抑制剂、凝集素、淀粉酶抑制剂等抗虫基因在作物抗虫基因工程中的应用、面临的问题及应用前景进行了论述。关键词:作物;抗虫基因
2、;基因工程中图分类号:Q789文献标识号:A文章编号:1001-4942(2007)02-0016-06虫害一直是影响作物品质和产量的重要因1植物蛋白酶抑制剂基因素。据报道,每年全球粮食总产量因害虫造成的损失达14%,我国在采取基本的抗虫措施情况该类基因的产物为植物蛋白酶抑制剂(Pro下,水稻、小麦和棉花每年因虫害减产仍在10%、teinaseinhibitor,PI)。PI是一类能够抑制蛋白20%和30%以上[1]。因此,对作物实行抗虫育种水解酶活性的小分子蛋白或多肽,可与昆虫消化道内的蛋白消化酶相结合,形成酶抑制剂复
3、合物势在必行。长期以来,我国的抗虫育种实践活动(EI),从而阻断或减弱蛋白酶对外源蛋白质的水主要可分为形态学抗虫育种、生化抗虫育种和基[2]解作用,导致蛋白质不能被正常消化;同时EI复因工程抗虫育种3个阶段。其中植物抗虫基因合物能刺激昆虫过量分泌消化酶,这一作用可使工程在短短十几年中已取得了丰硕成果,抗虫转昆虫产生厌食反应。这样,由于昆虫缺乏生活代基因棉花、玉米、马铃薯的商业化推广证明了这项谢中所必需的一些氨基酸,必然会导致昆虫发育[3]技术的实用性。不正常或死亡。根据作用于酶的活性基团不同及目前,已经克隆得到的抗虫基因有许多种,根其氨
4、基酸序列的同源性,可将植物中的PI分为四据它们的来源可分为三类:一类是从细菌中分离类:丝氨酸类(Ser),半胱氨酸类(Cys,巯基类),出来的抗虫基因,主要是来自苏云金杆菌(Bacil[4]天冬氨酸类(Asp)和金属类,共10个族。其lusthuringiensis,Bt)毒蛋白基因,营养杀虫蛋白中,丝氨酸类蛋白酶抑制剂与抗虫关系最为密切,(Vegetativeinsecticidalprotein,Vip)基因等;二因为大多数昆虫(如鳞翅目、直翅曰、双翅目、膜翅类是从植物中分离出的抗虫基因,主要为蛋白酶目、鞘翅目)肠道内的蛋白酶主要
5、是丝氨酸蛋白抑制剂基因、外源凝集素基因、淀粉酶抑制剂基因酶,而危害作物的昆虫大多也集中在这些类群中。等;三类是从动物体内分离的毒素基因,主要有蝎其中,丝氨酸蛋白酶抑制剂又可以分为Bow毒素基因和蜘蛛毒素基因等。与其它两种来源的man-Birk家族、Kunitz家族、PI-和PI-家[5]族等不同的类型。目前应用最多的是Bowman抗虫基因相比,植物来源的抗虫基因来自植物本-Birk家族的豇豆蛋白酶抑制剂(Cowpeatryp身,因此所转化的转基因植物更容易被人们所接sininhibitor,CpTI)基因和大豆Kunitz型胰蛋受
6、。其次,这类基因多具有更广的抗虫谱。作为白酶抑制剂(SKTI),而后者的抗虫性明显好于前作物抗虫基因工程研究中的重要组成部分,植物[6]者。PI-和PI-这两个家族蛋白酶抑制剂来源的抗虫基因及其在作物基因育种中的应用日主要对鳞翅目昆虫起作用,其中PI-蛋白酶抑益受到人们的重视。制剂的抗虫性要优于PI-。目前,水稻和玉米收稿日期:2006-12-0116的巯基蛋白酶抑制剂的cDNA都已被克隆,并推但成功的例子大都限于烟草:中国科学院遗传研导出其氨基酸序列,其中水稻巯基蛋白酶抑制剂究所利用CaMV35S启动子串联因子调控的(Oryza
7、cystatin,OC)有两种,OC和OC,玉CpTI基因转化烟草,转基因烟草中CpTI的表达米巯基蛋白酶抑制剂(Corncystatin,CC)和OC显著提高,但是高效表达引发转基因烟草白具有很高的同源性。巯基蛋白酶抑制剂和丝氨酸[11]化。与此同时,已有许多转双价植物蛋白酶抑蛋白酶抑制剂相比,它们没有前导肽,分子内也没制剂基因抗虫植物成功的例子。Johnson[7]有二硫键,但二者在抗虫谱上具有互补性。另(1989)[12]等则将PI-和PI-基因转入烟草外巯基蛋白酶抑制剂由于其丝毫不影响哺乳动物中,使表达胰蛋白酶抑制剂及胰凝乳
8、蛋白酶抑制包括人类消化酶的活性,因而备受青睐。而有关剂的转基因烟草植株获得了对烟草天蛾的抗植物来源的金属类蛋白酶抑制剂和天冬氨酸蛋白[12]性。在国内,CpTI基因和SKTI基因同时使酶抑制剂方面的研究报告
