抗病转基因水稻

抗病转基因水稻抗真菌蛋白基因工水稻稻瘟病和纹枯病(Rhizoctoniasolani)是最严重的真菌性病害。稻瘟病菌生理小种多且容易变异，生产中的抗性品种一般3～5年就可能丧失抗性。纹枯病菌是典型的土壤寄生菌，寄主范围极广，至今尚未发现很好的抗性资源。抗病基因工程为解决这一问题开辟了新的途径，植物来源的抗真菌蛋白具有安全性和有效性等优点，现已成为主要利用的抗源基因。Nishizawa等将水稻几丁质酶基因Cht-2和Cht-3分别转入粳稻Nippobare和Koshihikari，发现转基因植株中Cht-2的产物在细胞内积累，而Cht-3的在细胞外积累。转Cht-2或Cht-3基因植株的R0及R1代对稻瘟菌致病小种的抗性显著提高，而且与几丁质酶的表达量相关。Lin等和Datta等将从水稻中克隆的Ⅰ类几丁质酶基因Chi11转入籼稻获得转基因植株。RC-7是从受R.solani侵染的水稻品种IR58中分离的一个几丁质酶基因，其氨基酸序列与已知的水稻其它几丁质酶显著不同。将RC-7基因转入IR72等品系后，转基因植株显著提高了对纹枯病菌的抗性。天花粉蛋白(trichosanthin)是中药植物栝楼(Trichosantheskirilowii)根部的一种可以使核糖体失活的植物蛋白，在体外对包括稻瘟菌在内的多种真菌有抗菌活性。转trichosanthin基因的水稻能明显延迟或降低稻瘟病发生，转基因稻的鲜重也高于对照，且该基因高水平表达对水稻没有伤害。但该基因在水稻中应用的安全性仍有待研究。基于植保素的抗病基因工程植保素(phytoalexin)是植物受病原物侵染后产生的低分子量抗菌化合物，在植物抗病反应中起着重要的作用。植保素合成途径中一些相关合成酶基因已被克隆，这使得从分子水平上调节植保素合成来增强抗病性成为可能并初见成效。将葡萄的植保素相关基因在其自身启动子驱动下转入水稻，提高了对稻瘟病的抗性和白叶枯病的抗性。这些结果表明通过导入多个与植保素合成相关基因来增强水稻抗病性是可行的。水稻抗细菌病害基因工程白叶枯病是水稻最严重的细菌性病害。研究发现，水稻中存在对Xoo多小种高度抗性的基因，包括已经克隆的Xa21基因我国科学家将Xa21基因转入生产中广泛推广的籼稻优良品种或不同的杂交系，用以生产抗白叶枯病的杂交稻。转基因后代能稳定遗传，在田间对Xoo表现出良好的抗性。此外，Xa21基因介导的抗性受水稻发育阶段调控，从幼苗期的完全感病逐渐增强到成株期的完全抗病，如能发现其控制机制，就可以创建全生育期抗病的水稻。单个R基因介导的抗病性只能抗有限的小种，仍面临抗性丧失的风险。传统的抗病育种和分子标记辅助选择已证明，在水稻中通过实现多个R基因聚合(pyramiding)，可扩大抗病谱，降低对病原菌小种的选择压力，延长抗病品种的使用寿命。因此，随着更多的水稻抗病基因的克隆，利用基因工程给水稻导人单个抗多小种的R基因或几个不同的R基因以通过多基因聚合来提高抗病性是可行的。抗菌肽是植物及其它生物产生的一类小分子量肽，将编码抗菌肽的基因转入植物可以提高对细菌和真菌病害的抗性。我国Huang等将cecropin合成酶基因转入水稻中百4号和京引119两个品系，部分转基因植株对细菌性条斑病(Xanthomonasoryzapv.oryzicola)和白叶枯病的抗性显著提高。Sharma等将家蚕的cecropinB基因与水稻几丁质酶基因的信号肽融合并构建组成型表达载体，使cecropinB基因产物能分泌到胞外而避免被植物细胞降解。转基因水稻植株接种白叶枯病菌后产生的病斑少而且病斑仅限制在侵染点周围。同时，抗性的高低与cecropinB基因的表达量正相关。而对照转基因植株(转cecropin基因没有融合信号肽)则表现感病。AP1蛋白是甜椒(Capsicumannuum)中铁氧还蛋白(ferredoxin)的类似物，可以延迟丁香假单胞菌(Pseudomonassyringaepv.syringae)在非寄主植物上过敏反应的发生。AP1基因转入粳稻品种Eyi105后，转基因植株对白叶枯病菌6号小种的抗性提高，AP1表达量越高，抗病性越强。水稻抗病毒病害基因工程水稻中已发现20多种病毒，造成严重损失。以病毒的外壳蛋白基因、复制酶和核酶等基因为目的基因的水稻转基因研究已经取得重要进展。病毒外壳蛋白(coatprotein，CP)基因被转入植物表达后，由于外壳蛋白的积累抑制了病毒侵染早期的脱衣壳过程，使病毒粒子无法暴露出内部核酸，进而阻止了病毒的复制和增殖。水稻条纹病毒(Ricestripevirus,RSV)是水稻的重要病毒病。Hayakawa等首先将RSV的CP基因转入粳稻，转基因植株中CP的含量达总可溶性蛋白的O.5％，病毒接种15d后，症状比对照显著减轻。