目的基因专题知识

上节知识点回顾抗植物病毒基因工程中惯用技术路线。CP基因抗病毒原理。病毒卫星RNA。缺点干扰颗粒。目的基因专题知识第1页1.植物抗真菌病害基因植物防卫反应：

增强细胞壁结构：

富含羟脯氨酸糖蛋白和富含甘氨酸蛋白；木质素

诱导产生或激活抗菌物质：

硫堇，植物抗毒素，几丁质酶，PR蛋白小麦锈病

梨黑星病目的基因专题知识第2页

1.1几丁质酶基因

几丁质酶抑菌机制

植物病原真菌细胞壁主要成份之一是几丁质，几丁质酶经过破坏菌丝尖端新合成几丁质而抑制病原菌生长。病原真菌细胞壁中几丁质降解不但破坏细胞新物质沉积，使病原体死亡，而且产生细胞壁碎片能够刺激寄主植物产生抗病反应。

几丁质酶属于PR蛋白，在植物中含量低，受病原菌诱导，没有病原特异性，是由宿主反应类型决定，在进化上相对保守。目的基因专题知识第3页几丁质酶利用策略直接应用，将酶直接施与农田，以保护植物免受土壤真菌侵染将几丁质酶基因引入根围细菌，使该工程菌表示分泌几丁质酶将基因导入植物，使转基因植物表示几丁质酶。

现在已经对许多微生物和植物几丁质酶基因进行了分离，克隆，测序和转化，转基因植株中几丁质酶增加，抗病性增加。目的基因专题知识第4页1.2植物抗毒素基因

植物抗毒素：亦称植保素，是植物受侵染后产生一类低分子抗菌化合物，含有种属特异性。

现已判定植保素达200各种，以类黄酮与类萜类植保素研究最多。植保素产生速度、累积含量与植物抗病性有着亲密关系。目的基因专题知识第5页1.3过氧化物酶基因苯丙烷代谢是一条和各种生理功效亲密相关代谢路径。该路径产物在植物抗病反应中起着主要作用。（预防性抗菌物质、诱导性抗病物质、防御屏障）

过氧化物酶催化苯基类丙烷醇脱氢聚合最终形成木质素，将该酶编码基因和35s开启子连接转入烟草，显著提升了烟草对霜霉病抗性。目的基因专题知识第6页1.4SAR抗病基因SAR概念：系统取得抗病系统，由病原侵染激发，可连续及对随即同种病原体甚至不一样种其它病原体侵染均能表现出系统性抗病性。水杨酸（SA）：一个信号分子，SA介导植物保护反应是因为一组复杂植物保护机制被SA激活所致。（足够SA含量+有效信号感知和转导路径）。过氧化氢酶：在病原菌与寄主识别反应早期就会积累过氧化氢酶是SA结合蛋白，该酶基因过表示能够增加马铃薯抵抗病原菌能力。目的基因专题知识第7页2.抗植物细菌病害基因全世界马铃薯每年因细菌病害减产25%，约40亿美元。

1845-1860年马铃薯晚疫病造成爱尔兰饥荒。

1970年玉米大斑病再次引发全球惊慌。目的基因专题知识第8页2.1病原菌本身抗性基因

原理：将病原菌基因导入植物细胞，使其过量表示，或表示失去原有功效蛋白，或表示失去原有时空性，从而干扰病原菌正常生理代谢，以致寄主植物表现出抗性。

菜豆毒素是菜豆假单胞菌中主要治病因子，作用机制是抑制植物鸟氨酸氨甲酰基转移酶（OCTase）活性。菌体本身存在抗菜豆毒素OCTase，将编码该酶基因导入烟草后，取得烟草转基因植株在接种菜豆毒素后不表现系统病症。目的基因专题知识第9页转黄瓜抗青枯病基因甜椒转黄瓜抗青枯病基因马铃薯目的基因专题知识第10页2.2溶菌酶基因及其应用溶菌酶（lysozyme）存在于卵清、唾液等生物分泌液中，催化细菌细胞壁肽聚糖N-乙酰氨基葡糖与N-乙酰胞壁酸之间1，4-β-糖苷键水解酶。所以，该酶含有抗菌、消炎、抗病毒等作用。目的基因专题知识第11页3.抗非生物胁迫基因胁迫：指对植物生存和生长不利各种环境原因总和。分为生物胁迫和非生物胁迫。风、雨、雪、声、磁、电化学原因盐类、离子、气体、除草剂等辐射红外光可见光紫外光离子辐射水涝干旱温度低温高温冷害冻害苏铁冻害目的基因专题知识第12页农田杂草丛生香蕉除草剂药害农田杂草丛生玉米除草剂药害限制除草剂应用主要原因：除草剂药害3.1耐除草剂基因目的基因专题知识第13页

主要为转基因大豆、玉米、棉花、油菜，5860万hm2，约占全世界转基因作物72%目的基因专题知识第14页处理除草剂对农作物伤害路径（二）育种

1.杂交育种：将野草植物除草剂抗性引入栽培品种中；

2.遗传工程育种：组培或细胞培养结合理化诱变

基因工程伎俩（一）应用对农作物伤害小除草剂耐除草剂基因工程策略：靶蛋白改造；引入酶系统目的基因专题知识第15页3.1.1靶蛋白抗性基因及其应用（1）抗EPSPS抑制剂基因及其应用EPSPS：草甘膦（glyphosate）是一个施用于叶片广谱、非选择性有机磷类除草剂。草甘膦特异性地抑制植物和细菌中5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶（EPSPS）活性。EPSPS是芳香族氨基酸合成路径中一个酶，对植物正常发育起着主要作用。EPSPS过量表示EPSPS靶蛋白突变目的基因专题知识第16页（2）抗ALS抑制剂基因及其应用ALS：乙酰乳酸合成酶。磺酰脲类除草剂经过抑制支链氨基酸合成过程中一个关键酶ALS来表现其除草剂作用。植物中ALS对磺酰脲类除草剂抑制作用相当敏感。

ALS靶点突变体在自然界普遍存在，ALS基因上许多位点能够产生突变体并赋予抗性。将拟南芥中抗除草剂基因（ALS基因突变基因）导入烟草，转基因烟草对磺酰脲类除草剂敏感性下降了约1000倍。3.1.1靶蛋白抗性基因及其应用目的基因专题知识第17页

有许多不一样酶系统对除草剂有降解作用，这些酶系统存在于作物、杂草和微生物中。

降解抗性可能包括多于一个基因或物质参加，分离对除草剂有降解作用基因较困难。不过降解系统产生对除草剂抗性专一性强、效率高、负效应小。3.1.2除草剂降解和解毒基因及其应用目的基因专题知识第18页

（1）乙酰CoA转移酶基因及其应用

乙酰CoA转移酶含有使除草剂草丁膦失活作用。在CoA存在情况下，乙酰CoA转移酶催化乙酰CoA与草丁膦游离氨基酸结合，使L-草丁膦转变为乙酰-L-草丁膦，从而失去除草剂活性。

从链霉菌中分离到乙酰辅酶A转移酶基因（bar）转入烟草、马铃薯和番茄中，取得抗Basta植株，而且产量不受影响。3.1.2除草剂降解和解毒基因及其应用目的基因专题知识第19页（2）超氧化物酶歧化酶基因许多除草剂（百草枯）在植物体内产生活性氧并氧化植物细胞质膜而造成植物死亡。把高效开启子控制下SOD基因导入植物，能够提升植物抗逆性。3.1.2除草剂降解和解毒基因及其应用目的基因专题知识第20页降解或解毒策略能够作为修饰或过表示靶蛋白一个有价值替换方法。解毒酶基因还可能赋予植物对各种除草剂耐性。

抑制植物对除草剂吸收和转运含有很大前景，不过还是一个构想。目的基因专题知识第21页3.2抗其它非生物胁迫基因第一类基因编码产物是在植物抗性中直接起保护作用蛋白质。1.合成渗透调整物质关键酶类，2.含有解毒作用酶，3.保护生物大分子及膜结构蛋白，4.具保护作用蛋白酶，5.水通道蛋白。第二类基因编码产物是在信号转导和逆激基因表示过程中起调整作用蛋白质因子。1.传递信号和调控基因表示转录因子，2.感应和转导胁迫信号蛋白激酶，3.与第二信使生成相关酶。目的基因专题知识第22页3.2.1渗透调整物质合成酶基因渗透调整物质：植物在高盐或干旱条件下，为了消除胁迫所造成伤害，维持渗透平衡和体内水分，在细胞中产生和积累一些小分子化合物。氨基酸衍生物，脯氨酸、甜菜碱；糖类，海藻糖、果聚糖，多醇类。其中海藻糖、甜菜碱是次生代谢产物。目的基因专题知识第23页3.2.2保护生物大分子及膜结构蛋白质基因（1）抗冻蛋白基因抗冻蛋白（antifreezeprotein，AFP）：指能降低冰点和降低冰晶生长速度蛋白质。

用鱼类AFP处理植物组织细胞，能够降低细胞冰晶生长，降低冰冻温度。

表示黄盖鲽AFP基因番茄和烟草转基因植株抗冻性增加。荧光抗冻蛋白装饰冰晶体目的基因专题知识第24页（2）胚胎发生后期富集蛋白基因3.2.2保护生物大分子及膜结构蛋白质基因

胚胎发生后期