基因工程在植物抗菌中应用()课件

基因工程在植物抗菌中应用08生物工程1班相关介绍植物与病原物互作分子水平的研究进展极大地促进了转基因技术在植物保护方面的应用。人们提出了多种植物抗细菌基因工程策略,包括利用非植物来源的抗菌蛋白(肽)、抑制病菌的致病(毒性)因子、增强植物自身的抗性、诱使细胞程序死亡。应用背景植物病虫害可使农作物的产量减产40%左右,而很大一部分与细菌病原物有关。以往人们施用化学杀菌剂来防治细菌病害,尽管可行,但绝非完全有效,且易污染环境;而用传统的育种方法,虽然能利用作物本身或亲缘种的抗性基因选育抗病品种,但存在着可利用的抗性品种资源少,选育时间长,耗资大等缺点。近年来,随着分子生物学和生物工程技术的迅速发展,在对植物-病原物相互识别机制、信号传递过程及抗病与致病基因本质不断深入研究的基础上,运用基因工程手段将外源抗性基因导入栽培品种,赋予其特定抗病性已成为可能,从而开辟了抗病育种的新途径。本文拟综述植物抗细菌病害基因工程的研究进展,并对其存在的问题进行讨论。1、外源抗菌蛋白基因表达介导的抗性抗菌蛋白(antibacterialproteins)是许多动物抗菌防卫机制中的重要化合物。它对革兰氏阳性和阴性细菌都有杀伤活性。人们先后分离克隆了多种编码抗菌蛋白的基因,使其在转基因植物中表达,期望获得对细菌病害的抗性。1.1裂解肽(lyticpeptides)裂解肽是专指昆虫体内分泌的一类存在于血淋巴中的小分子蛋白,主要通过破坏细菌的细胞膜起作用。通过对天然抗菌肽氨基酸序列的定点改造可获得抗菌性能更好的人工衍生物,如cecropinB,Shiva21,SB237等。当将Shiva21基因受控于马铃薯蛋白酶抑制剂2Ⅱ的创伤诱导启动子下转化烟草后,明显降低了青枯病的发病程度。Attacin是从惜古比天蚕蛾(Hyalophora2cecropia)分离的另一类裂解肽,其作用机制还不清楚。Norelli等已将attacinE基因转化对梨火疫病(Erwiniaamylovora)感病的苹果砧木后,用E.amylovora接种时病情明显减轻。我国也获得了惜古比天蚕蛾裂解肽基因的抗立枯病转马铃薯植株。1.2溶菌酶(lysozymes)溶菌酶是一种广泛存在于生物体中能够裂解细菌细胞壁的酶。它具有几丁质酶和溶菌酶的双重功效,是通过打断细胞壁肽聚糖的某个特定键而使细菌软化死亡的。在植物中,内源溶菌酶存在于液泡里,而细菌侵染植物后是在寄主的细胞间隙繁殖,这样内源溶菌酶因不能与病菌接触而难以奏效。当细菌达到一定数量致使植物发病并使植物液泡破裂时,释放出的内源溶菌酶已难以有效地控制病菌的进一步扩展了。东南亚马蹄蟹2抑制病菌的致病(毒性)因子从理论上讲,植物体内任何能抑制细菌致病因子或毒性因子的机制,都有助于提高植物对病菌的抗性或降低植物对病菌的敏感性。人们已对多种细菌的致病因子,如毒素、果胶酶、胞外多糖、激素等有了较深入的研究,但真正能应用于抗病基因工程的还为数不多。2.1抑制细菌毒素人们从病原菌对自身毒素具有自我保护作用受到启发,设想从产毒病菌或其它微生物分离克隆解毒基因,并把这种基因导人植物,提高植物的抗病性2.2利用寡半乳糖醛酸裂解酶细菌可产生果胶溶酶来降解植物细胞壁。E.carotovora正是利用这种机制使植物组织软化腐烂的,但这种作用需要在不饱和双半乳糖酸的诱导下才能发生;同时,这种细菌也产生一种寡半乳糖醛酸裂解酶,该酶可把不饱和双半乳糖酸降解成无活性产物2.3单克隆抗体的应用潜力利用单克隆抗体于转基因植物中表达以获得抗性在抗病毒基因工程方面已有一些成功的事例。实验表明,合适的抗体表达后能较好地抑制病毒侵染后的进一步扩展。按照这种思路,Düring等利用单克隆抗体提高转基因马铃薯对Erwiniaspp.的特异抗性。2.4其它途径E.chysanthemi能合成一种铁载体,其作用是在植物体内通常缺铁的情况下保证细菌对铁的需求,而铁是该细菌产生果胶溶酶引致植物软腐所必须的。如果减少铁的供给,就能极大地降低该种细菌的致病力。有人发现脊椎动物中存在一种转铁蛋白,它是铁的强有力的清除剂。因此将编码转铁蛋白的基因导入植物就可能在细菌侵染期间夺去细菌的营养性铁,但这种策略至今还没有被验证。3增强植物自身的抗性3.1提高激发子的数量3.2植物抗病基因(R)的克隆和利用3.3调控活性氧介导的抗性3.4防卫基因的克隆和利用5存在问题与展望一个成功抗病基因工程策略的首要原则是对控制病菌有效。从目前获得的转基因植物来看,其抗性水平大多为部分抗性,高抗和免疫的很少。有的基因表达产物在离体条件下有抗菌活性,但导入植物后活性降低甚至没有作用。要提高转基因植物的抗病效果,需从几个方面考虑(1)开发具有新型杀菌活性的基因;(2)