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植物抗病基因研究进展

植物抗病基因研究进展

摘要:植物抗病基因的研究是目前植物病理学科的热点及难点之一。近年来，

通过基因工程技术培育抗病毒植物已经成为抵抗植物病毒的有效手段。本文简

要讨论了近年来植物抗病毒基因工程的方法策略,并对植物抗病基因工程的

研究取得的成绩、存在的问题及展望进行了简介。

关键词植物病毒、抗病基因、基因工程、前景

一、植物抗病基因工程原理

植物抗病基因工程指的是用基因工程（遗传转化）的手段提高植物的抗病

能力，以此获得转基因植物的方法。植物抗病基因工程主要包括：抗病及其他

相关基因的分离和克隆、与合适的载体及标记基因构成适于转化的重组质粒、

用不同的转化方法向受体植物导入重组质粒、筛选转化因子并鉴定转基因植株。

此外，还有一种可以获得抗病转基因植物的方法即把具有抗病能力的植物或微

生物的DNA直接导入受体植物，从后代中筛选具有抗病能力的个体，经过稳定

转化得到转基因抗病植株。

植物病毒每年给世界各地的农作物生产造成严重损失，每年全世界的农作

物因病毒侵害的损失数百亿美元，传统的防治方法已远远无法满足现代农业的

生产要求。病毒侵染之所以复杂，在于一方面病毒的高突变率所致的植物抗病

品种抗性丧失速度远高于常规植物抗病育种速度；另一方面病毒在隐症野生植

物中的储存；第三，无亲缘关系的病毒复合侵染以及病毒侵染的持久性，特别

是以线虫和真菌传播的植物病毒能在土壤中存活许多年。因此，在适宜病毒介

体生长的温度条件下，大面积连作缺乏抗病基因的植物，造成的经济损失会更

[1]

高。Hamilton于20世纪80年代初首先提出了基因工程保护的设想，在转基

因植物中表达病毒基因组序列可能是防御病毒侵染的途径之一。近20多年来，

基因工程的发展，为防治病毒病开辟了新途径。

二、利用非病毒来源的基因策略

1.植物自身基因介导的病毒抗性

一些植物在病毒侵染的时会启动主动防御机制，最普遍最常见的主动防御

机制就是通常所说的过敏反应，也就是那些最初被病原侵染点周围的细胞发生

程序性死亡最终在病原最初侵染点周围形成坏死斑。如番茄中的Tm-1或

[2]

Tm-2和Tm-22基因，马铃薯的Rx，Ry，烟草中的N基因等等。这类基因通

的其它成分,或者竞争其它寄主因子或底物,从而使野生型复制酶不能

正常行使其功能,干扰病毒的复制。复制酶介导的抗性还涉及到其它机制,显

示了抗性机理的复杂性。

3.利用病毒运动蛋白基因介导的病毒抗性

植物病毒侵染宿主植物后在体内的运转方式主要有两种，一是通过植物维

管组织进行的系统转移，二是通过胞间连丝在细胞之间的移动。病毒在细胞间

的移动是一主动的过程，需要病毒编码的蛋白参与，这种蛋白称移动蛋白。移

动蛋白基因介导的抗性机理：主要是利用编码失去活性的病毒移动蛋白的基因

干扰病毒的扩散和移动。

4.利用卫星RNA介导的抗性

病毒卫星RNA是一类依赖于辅助病毒才能复制的低分子量RNA，它不能编

码外壳蛋白，只装配于辅助病毒的外壳蛋白中，其复制必须依靠辅助病毒进行。

卫星RNA的抗性机理现在一般认为是卫星RNA与病毒基因组RNA争夺病毒

复制酶位置，最终以数量优势抑制了病毒基因组的复制。

卫星RNA介导抗性具有以下的优点和不足，一方面卫星RNA只需很低的

表达，就能使植株获得高抗，而且这种抗性并不产生特异蛋白，这样提高了转

基因植物的生物安全性。另一方面，对转化植株起保护作用的卫星RNA一旦

被病毒包装传播到其他植物，可能会引起严重的症状。还有卫星RNA有可能

变成毒性卫星RNA，从而失去对病毒的防治作用，加重病毒症状。

5.利用核酶基因介导的抗性策略

核酶是一类具有特殊二级结构,能特异性催化切割自身以及其它RNA分

子的小分子RNA，其结构可以分为锤头型和发夹型两类。锤头型核酶较为普遍,

其专一切割靶RNA内紧邻该切割位点下游的磷酸二酯键。任何生物的RNA都

可以作为核酶的底物,而且核酶对底物作用位点的碱基序列要求不严格。根据

这一特性,人们可以设计成用来切割已知序列的病原性RNA的人工核酶。王苏

燕等人利用核酶等策略在转基因油菜中产生了对花椰菜花叶病毒CaMV的高

度抗性[10]。另一方面因为任何生物的RNA都可以作为核