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[植物抗虫基因工程的研究进展] 基因工程的最新研究进展

花匠小妙招
2024-11-08 16:39

[植物抗虫基因工程的研究进展] 基因工程的最新研究进展
植物抗虫基因工程的探讨进展　　
摘要概述了目前应用于植物抗虫基因工程的两类主要基因，即苏云金杆菌毒蛋白基因和蛋白酶抑制剂基因的分类、杀虫机理以及基因改碱基和ATTTA重复序列。AT富含区在高等植物中被认为是不能表达的内含子，ATTTA重复序列的mRNA的稳定性差，二者都不能在高等植物中编码。此外，Bt基因中的偏爱密码子与植物中的不同，以及共中存在的一些不稳定元件如poly(A)信号序列、切割序列、终止序列等都干脆影响着Bt基因在植物中的mRNA特性。为此，Monsanto公司从两条途径对原基因进行了改造。
第一条途径是改进Ti质粒转化载体的启动子，加入带有SV40复制增加子区的35S启动子或重复的强化表达区 (duplicated enhanced region)，发觉改建后的载体表达量比原先提高了5~10倍 (Perlak等，1990)。
其次条途径是依据植物偏爱的密码子对野生型(WT)Bt基因cry I A(b)进行部分改造或人工全合成，Perlak等对WT cryIA(b)AT富含区进行点突变，变更其中63个碱基对，AT含量由63%下降至59%，而ATTTA重复序列也从13个削减至7个，部分改造后的基因称为PMcryIA(b)。PMcryIA(b)基因在转化的烟草和番茄中的表达量为1~l0ng/50ug植物可溶总蛋白，比WTcryIA(b)在转基因植物中的表达量(<1ng/50ug)提高了10倍。进一步在不变更编码的氨基酸序列的前提下，几乎更换掉WT基因中的全部不稳定元件，同时尽可能将其中的密码子换成植物优化密码子，AT含量下降至51%，去掉全部ATTTA序列。全合成的基因称为Fncry I A(b)用其转化烟草番茄，10%以上的转化植株表达量达30-100n/50ug植物可溶总蛋白，最高的可达100－150ng/50ug，比WtcryIA(b)的表达量提高50－100倍，表现较强的杀虫效果。
2、蛋白酶抑制剂基因（PI基因）　　
PI是自然界最为丰富的蛋白质之一，存在于绝大多数生物体尤其是很多植物的贮藏器官，如种子和块茎中，是一类自然的抗虫物质，与前述苏云金杆菌相比，具有抗虫谱广、对人畜无副作用及昆虫不易产生耐受性等优点（Gatehouse,1988）。在植物界，现已发觉近10个蛋白酶抑制剂家族，与抗虫基因工程关系最亲密、探讨最深化的是丝氨酸蛋白酶抑制剂，基中最主要的是胰蛋白酶抑制剂。因为绝大多数昆虫所利用的正是这一类消化酶，而植物细胞基本没有这种酶，或含量甚微。PI同昆虫消化道内的蛋白消化酶形成复合物，阻断或减弱蛋白酶的水解形成复合物，阻断或减弱蛋白酶的水解作用，使昆虫厌食或消化不良致死，从而达到抗虫目的。
目前已从豇豆、马铃薯、番茄、大豆、玉米等植物中分别纯化出多种蛋白酶抑制剂基因或cDNA克隆。主要有豇豆胰蛋白酶抑制剂基因（CpTI基因）、马铃薯胰蛋白酶抑制剂基因（PTI基因）、玉米半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因（CPI基因）以及大豆Kunitz型胰蛋白酶抑制剂基因（SKTI基因）等。比较不同来源的各种蛋白酶抑制剂，发觉CpTI抗虫效果较为志向，其抗虫范围广，对鳞翅目、鞘翅目、直翅目等几乎全部昆虫都有杀伤作用，而且其作用位点在酶的活性中

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