基因工程技术在烟草抗逆性方面的研究进展

1、基因工程技术在烟草抗逆性基因工程技术在烟草抗逆性方面的研究进展方面的研究进展 前言 烟草烟草(Nicotiana tabacum)(Nicotiana tabacum)是世界上第是世界上第一例转基因植物，同时也是最早应用一例转基因植物，同时也是最早应用于分子生物学和基因工程研究的植于分子生物学和基因工程研究的植物之一物之一, , 常作为基因工程的模式常作为基因工程的模式植物。植物。转基因烟草的运用清理汞污染严重的土壤，清除军队残留物清理汞污染严重的土壤，清除军队残留物运用于生物燃料、照明、生产生物乙醇的物质来源运用于生物燃料、照明、生产生物乙醇的物质来源作为生物反应器，应用于药用蛋白、抗体以及

2、疫苗作为生物反应器，应用于药用蛋白、抗体以及疫苗等基因工程药物生产方面等基因工程药物生产方面抗逆性抗逆性 星光阿凡达二、抗虫性二、抗虫性一、一、 抗抗病病性性三三、抗盐性、抗盐性 四、抗干旱与抗寒性四、抗干旱与抗寒性 五、抗除草剂五、抗除草剂目 录CONTENTS烟草的真菌病害烟草的真菌病害种类较多种类较多, , 如如烟草黑胫病、烟草黑胫病、烟草赤星病烟草赤星病的危害都相当严重的危害都相当严重, , 对烟叶的产量对烟叶的产量和质量影响很大。和质量影响很大。细菌病害细菌病害中中, , 危害最为严重的是危害最为严重的是烟草青烟草青枯病和烟草野火病。枯病和烟草野火病。 烟草病毒病烟草病毒病是一种世界

3、性病害，被喻是一种世界性病害，被喻为烟草为烟草“癌症癌症”。烟烟草病毒病不仅给草病毒病不仅给烟农带来了严重的经济损失，同时也烟农带来了严重的经济损失，同时也较大程度地降低了感病烟叶的工业可较大程度地降低了感病烟叶的工业可用性。用性。病毒、细菌、真菌对烟草的危害抗病毒烟草的品种17种 抗TMV的烟草品种10种 抗PVY的品种3种 抗CMV的品种1种 双抗TMV和CMV的品种 我国自我国自20 20 世纪世纪80 80 年代始开展烟草抗病毒基因工程年代始开展烟草抗病毒基因工程的研究的研究, , 并且通过以并且通过以血清学技术血清学技术作为烟草鉴定的主要手作为烟草鉴定的主要手段，相继成功鉴定出烟草段

4、，相继成功鉴定出烟草17 17 个病毒种类。个病毒种类。 与传统育种相比，利用与传统育种相比，利用基因工程手段基因工程手段进行抗病毒育种可进行抗病毒育种可利用更为丰富的利用更为丰富的抗病毒基因资源，抗病毒基因资源，不但可以达到有效的防治不但可以达到有效的防治效果，而且可以避免带来环境污染及农药、重金属残留等问效果，而且可以避免带来环境污染及农药、重金属残留等问题。因此，选育具有抗病毒能力的烟草品种是解决病毒病的题。因此，选育具有抗病毒能力的烟草品种是解决病毒病的根本途径。根本途径。l病毒来源基因：外壳蛋白基因、运动蛋白基病毒来源基因：外壳蛋白基因、运动蛋白基因、复制酶基因等因、复制酶基因等 l

5、非病毒来源基因：病程相关蛋白基因、核糖非病毒来源基因：病程相关蛋白基因、核糖体失活蛋白基因、体失活蛋白基因、N N 基因、干扰素基因等基因、干扰素基因等烟草的抗虫性烟草是具有全球意义的重要经济作物烟草是具有全球意义的重要经济作物, ,然而我国烟草种类多然而我国烟草种类多达达200 200 余种余种, , 对烟草造成严重损失，其中以对烟草造成严重损失，其中以烟蚜烟蚜、烟实夜蛾、烟实夜蛾、斑须蝽、斑须蝽、斜纹夜蛾斜纹夜蛾、地老虎等为主要的虫害。、地老虎等为主要的虫害。抗虫基因有抗虫基因有BtBt毒蛋白基因、植物凝集素基因、蛋白酶抑制毒蛋白基因、植物凝集素基因、蛋白酶抑制剂基因与淀粉酶抑制剂基因、昆

6、虫神经毒素基因等基因。剂基因与淀粉酶抑制剂基因、昆虫神经毒素基因等基因。1.将大肠杆菌将大肠杆菌katkat基因，经基因，经农杆菌介导法农杆菌介导法转化烟草，通过转化烟草，通过PCRPCR和和RT-PCRRT-PCR对转化烟草对转化烟草进行鉴定，利用百草枯、进行鉴定，利用百草枯、PEG6000PEG6000和处理和处理烟草烟草NaClNaCl并进行抗性分析并进行抗性分析, ,结果表明大肠杆结果表明大肠杆菌菌atGatG基因具有提高植物抗盐性的功能。基因具有提高植物抗盐性的功能。2. 2.将将W6 W6 基因转入烟草中基因转入烟草中, , 转基因植株在盐转基因植株在盐胁迫下的胁迫下的SODSOD

7、活性活性, , 叶绿素含量叶绿素含量, , 根长、根根长、根重和净增鲜重均有提高重和净增鲜重均有提高, , 表明转基因烟草植表明转基因烟草植株的耐盐性明显增强。株的耐盐性明显增强。 将将甘露糖醇甘露糖醇-1-1-磷酰脱氢酶基因磷酰脱氢酶基因导入烟草导入烟草, , 发现转发现转化后的烟草植株化后的烟草植株的渗透能力显著的渗透能力显著增强增强, , 抗旱能力也抗旱能力也增强。增强。 海藻糖是广泛存在海藻糖是广泛存在于微生物中的脱水保护于微生物中的脱水保护物质物质, , 具有稳定细胞膜及具有稳定细胞膜及蛋白质的功能。戴秀玉蛋白质的功能。戴秀玉等将等将海藻糖合成酶基因海藻糖合成酶基因导入烟草导入烟草,

8、 , 发现不仅改变发现不仅改变了烟草的糖代谢途径了烟草的糖代谢途径, ,同同时也提高了植物的耐旱时也提高了植物的耐旱特性。特性。 通过转基因技术通过转基因技术将将WIN1 WIN1 基因基因插入烟插入烟草草K326 , K326 , 使其角质膜使其角质膜厚度和成分有所改变厚度和成分有所改变, , 以此来提烟草以此来提烟草K326 K326 抗旱、抗寒和抗病等抗旱、抗寒和抗病等性能性能, , 为提高烟草抗为提高烟草抗逆性特别是抗旱和抗逆性特别是抗旱和抗寒性奠定基础。寒性奠定基础。1.植物抗除草剂的作用机理：123 产生能修饰除草剂的酶产生能修饰除草剂的酶或酶系统或酶系统, , 在除草剂发生作在除

9、草剂发生作用前将其降解或解毒用前将其降解或解毒产生除草剂原靶标的异产生除草剂原靶标的异构酶或异构蛋白构酶或异构蛋白, , 使其对使其对除草剂不敏感除草剂不敏感 产生靶标酶或靶标蛋产生靶标酶或靶标蛋白质白质, , 使作物吸收除草剂使作物吸收除草剂后仍能进行正常代谢后仍能进行正常代谢作用乙酰乳酸合成酶乙酰乳酸合成酶(A LS) (A LS) 是支链氨基酸亮氨酸、异亮氨酸及是支链氨基酸亮氨酸、异亮氨酸及缬氨酸合成途径中的第一个共同的酶。缬氨酸合成途径中的第一个共同的酶。磺酰脲类除草剂磺酰脲类除草剂能能抑制抑制ALS ALS 的活性的活性, , 使细胞不能正常生长使细胞不能正常生长, , 最终达到除草的目最终达到除草的目的。的。类胡萝卜素基因工程类胡萝卜素基因工程在烟草抗除草剂方面也有运用。在烟草抗除草剂方面也有运用。Misawa Misawa 等将细菌八氢番茄红素基因等将细菌八氢番茄红素基因crtl crtl 正义导入烟草，正义导入烟草，- - 胡萝卜素合成增强，同时对除草剂的抗性增强。胡萝卜素合成增强，同时对除草剂的抗性增强。作为模式植物，在验证其他植物的抗逆性方面具作为模式植