文档介绍：第七章植物基因工程的目的基因
第一节抗植物虫害基因及其利用
第二节抗植物病毒基因及其利用
第三节抗植物真菌病害基因及其利用
第四节抗非生物胁迫基因及其利用
第五节改善作物品质的基因及其利用
第六节雄性不育的基因及其利用
第一节抗植物虫害基因
一、概述
据Oerke等(1994)统计全球粮食总产量每年因虫害造成的损失达14%。
如果作物不打农药可造成的产量损失:小麦52%、玉米59%、大豆58%、棉花84%。
我国统计结果,因虫害水稻每年减产10%、小麦减产20%、棉花减产30%以上。
1、利用化学农药的弊端
化学农药在食物中的残留,危机人类健康和造成严重环境污染;
化学农药对有益昆虫的毒害,危机多种生物资源,破坏生态平衡;
化学农药长期使用使病原体逐步产生抗性。
2、利用基因工程培育抗病虫品种的优点
抗性资源非常丰富;
抗性具有连续性和整体性;
育种周期短、成本低;
育成品种具有不污染环境及抗病虫害物质不易被环境因素所破坏;
二、Bt基因及其应用
1、 Bt基因的作用原理
苏云金杆菌产生的由一种或多种蛋白组成,具有高度特异性杀虫活性的蛋白。又称-内***或杀虫结晶蛋白(IPC).
IPC通常以原***形式存在,当昆虫取食IPC后,在昆虫的消化道内,原***被活化,活化的IPC能与昆虫肠道上皮细胞上面的特异性蛋白结合。结合以后的IPC全部或部分嵌合于细胞膜中,使细胞膜产生一些孔道,从而导致细胞由于渗透平衡被破坏而破裂。昆虫幼虫将停止进食,最终死亡。
2、IPC的分类
IPC划分为四种类型:
类型I:具有抗鳞翅目昆虫的活性;
类型II:抗鳞翅目和双翅目昆虫;
类型III:抗鞘翅目昆虫;
类型IV:抗双翅目昆虫。
3、Bt基因的简并性修饰
密码子均具有种的特异性或称种偏爱性;
高等植物种单、双子叶植物之间密码子的使用频率也有明显差异,这种密码子的偏爱性直接影响基因的转录水平和mRNA的稳定性;
未加改造的bt基因在转基因植物中表达水平很低,%以下。通过改造,-%才具较强的毒杀作用。
4、bt基因的应用
转基因bt植物可分为两代,即20世纪80年代称第一代;20世纪90年代称第二代;
第一代转bt基因植物
1987年,世界上4个研究小组获得了转bt基因的植物,其中三个是转化烟草植株,一个是转化番茄植株。
存在问题:IPC在植物中表达水平低,认为主要是mRNA不稳定和翻译效率低造成。
第二代转bt基因植物
特点:
1)转基因植物的种类增加;
2)bt基因植物中的表达水平大大提高;这主要是通过对Bt基因进行修饰和使用新的启动子来实现的。
采用的启动子类型包括:
CaMV35S组成型启动子;
玉米磷酸烯醇式***酸羧化酶启动子;
玉米花粉特异性启动子;
1,5-二磷酸核***糖羧化酶小亚基启动子。
5、Bt基因应用中存在问题及对策
存在的主要问题是:
昆虫可能对转bt基因植物产生抗性
对策:
1)使用组织专一性启动子或化学诱导启动子;
2)通过对bt基因进行修饰,使IPC在植物中高剂量表达;
3)遗传工程植株核非工程植株混种,以保证在繁育群体种保留一部分未经选择的害虫;
4)同时使用两种以上bt基因转化农作物或联合使用bt基因和其它类型的抗虫基因。