抗病原菌植物基因工程进展

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1、抗病原菌植物基因工程进展崔晓江彭学贤(中国科学院微生物研究所，北京1。。。80)摘要：植物病原菌给农林牛产带來巨大的损失，植物基因工程在培育抗病原菌植物方面是传统育种技术的补充和发展，短短儿年，在抗细菌和抗真菌植物基因工程方面出现了一些全新的成功策略，这些范例都是针对病原菌的生理结构、致病机理及与植物的相互关系。木文概括论述了这些策略的基本思路并对其局限性加以探讨。随着植物病理学、植物分子生物学和病原菌分子生物学的研究进展，新的抗性策略将会出现。关键词：病原菌，植物基因工程，毒素，酶1前言植物病原一

2、直是农业生产的大敌Z—，其严重侵染可造成农作物生产的巨大损失。一般，植物在病原侵入的时候都能调动自身的防卫体系从而显示一定的抗性。但是，在某些情况下,如病原菌生理小种变异，环境状况的改变，大血积区域内作物品种长期单一化等都可造成植物防卫机制的运转失灵，使病原菌侵入时能克服植物防卫体系的作用，从而导致植物大面积死亡。1840年前后，在爱尔兰，晚疫病流行造成的马铃薯绝产，导致了饥荒，迫使成千上万的人流落他乡。直到今天，真菌病害仍是世界范围内限制作物产暈的重要因素2—。同样,细菌病害也是反期以来困扰作物育

3、种学家的难题Z—，除了用硫酸铜治疗法尚无其它良策。在林业生产上，病原菌的危害也不可轻视。育种工作的主要目标之一即培育抗病原菌作物,传统的植物育种技术在这方面已取得很大的成绩，但其缺点也显而易见，如周期长，可利用的品种资源少，培育出來的抗性品种往往因病原菌生理小种的改变而变得易感病。基因工程的兴起给植物育种注入了新鲜血液，基因工程育种超越了传统育种的界限，丰富了生物多样性内涵，对我们了解植物本身的防卫机制提供了全新的研究手段。国内外不少实验室正致力于用植物基因工程手段培育抗病原菌作物，而且已出现了一些

4、成功的范例。这方血的进展有可能使育种工作做到采用相同或类似的策略、路线去培育几十、上百种抗病原菌植物。2抗细菌植物基因工程大田作物、果树和萨菜都有一种或几种细菌病害，禾本科、豆科和茄科作物上的细菌病害比较多。以马铃鶉为例，细菌病造成的损产占全世界年产量的25%(约合40亿美元川)。长期以来，人们一直在努力试图培育抗细菌作物，尤其是近几年，通过植物基因工程技术培育抗细菌作物已经出现几种相当成功的策略;新的抗细菌路线正在尝试之中。2.1消除细菌毒素的毒性作用烟草丁香假单胞菌(p.syrzngaepv.t

5、abaci)侵染烟草后可导致烟草野火病(wildfire)，其典型症状为黄化。目前已弄清野火病的原因是该病原菌产生的一种毒害植物二肤形式的烟毒素(tabtoxin),该毒素在植物细胞内分解产生的件内®;胺能抑制烟草细胞中的谷氨猷胺合成酶(glu-taminesynthetase)活性，导致烟草细胞中NH/的非正常积累。P.syringaepv.tabaci基因组本身编码一种乙瞅转移酶，可使tabtoxin或B内乙酰胺乙酰化，从而解除烟毒素对自身的毒性作用，该菌因而对自身产生的毒素不敏感。H木科学家［

6、2］克隆了P.syringaepv.tabaci的乙酰转移酶基因，将其置于CaMV35S启动子控制之下，由农杆菌介导转化烟草，最终获得了n株不同程度抗烟毒素的转基因烟草，其叶片能在含烟毒素的培养基上诱导形成愈伤组织。用1C/病原菌/ml的浓度接种，5株转基因烟草没有表现病症，而对照株发病。用IO?原菌/ml的浓度接种，外源基因表达水平最高的一株几乎不发病。这说明了表达病原菌乙酰转移酶基因的烟草对烟毒素的毒害及P.syringaepv.tabaci的感染均具抗性。2.2引入对细菌毒素不敏感的靶酶菜豆丁

7、香假单胞菌P.syringaepv.phaseolicola产生的一种三肽形式的云扁豆蛋白毒素(Phaseolotoxin)是菜豆的晕疫病(haloblight)的成因，其致病机理是该痔素在植物细胞内分解产生的鸟氨酸类似物抑制了定位于植物细胞叶绿体小参予氨基酸合成的鸟氨酸氨中酸转移酶(or-nithinecarbamoyltransferase,ocTase)的活性，而P.syringaepv.phaseolicola基因组编码抗云扁豆蛋白毒素的0CTase,使细菌本身免受毒素的毒害作用。墨西哥科学

8、家［s］将细菌的OCTase基因与1,5一二磷酸核酮糖梭化酶Rubisco小亚基的转导肽编码序列融合，将其置于CaMV35S启动子控制下，由农杆菌介导转化烟草，在转基因烟草中，细菌OCTase基因的表达产物定位于植物叶绿体中，且为活性形式。用P.syringaepv.phaseolicola接种非转基因烟草，出现了黄化水样侵蚀斑，其中一些发生系统感染，生长停止，最后死亡。接种转基因烟草就没有上述症状，仅初期出现小的坏死斑，以后发展为大的死细胞区，这表明转基因烟草不易发