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抗植物细菌病害基 因工程的研究进展 植物细菌性病害如水稻白叶枯病、作物青枯病、白菜软腐病、柑桔溃疡病等对农林业生产造成了巨大损失。 传统的防治方法多采用培育和利用抗病品种及使用化学杀菌剂，但是由于抗病育种的周期长，病原小种的分化速度往往超过品种更新换代的速度。 而化学防治细菌病害效果大多不很理想, 而且污染环境。 随着分子生物学的发展、植物基因工程技术的不断改进以及对植物和病原物相互作用的深入了解，利用基因工程将外源基因导入植物正在成为提高植物抵抗病害能力、选育抗病品种一条有效途径。 背 景 阻断病原细菌的致病途径 强化植物抗病反应及其信号转导途径 植物防御基因的表达 利用非植物源抗菌蛋白 基 因 工 程 策 略 阻断病原细菌的致病途径 干扰致病机制, 阻止致病基因的表达 降解病原菌致病毒素 补偿植物中对毒素敏感的酶 夺取病菌生长所需营养物质 干扰致病机制，阻止致病基因的表达 病原细菌侵袭寄主植物并引起植物发病依赖于其自身的致 病机制，如产生致病因子或毒性因子，针对病原细菌的致 病机制可设计提高植物抗病性的策略 近年的研究表明， AHLs参与许多植物病原细菌的致病过程， AHLs的浓度是病原细菌致病的关键因子 将AHLs作为靶标，通过转基因技术将来源于细菌的AHLs水解酶 基因导入植物，转基因植物产生的AHLs 水解酶会持续不断分解 病原细菌产生的 AHLs，使其失去生物学活性，阻止病原细菌致 病基因的表达，从而使植物获得抗性 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 降解病原菌致病毒素 病原菌产生的致病毒素是致使植物发病的重要因子，如果植物 能降解病原菌在侵染过程中产生的毒素，就能有效地抵抗病原 的进一步侵染，增强其抗病性 烟草野火病原菌P. syringae pv . tabaci 产生烟毒素，该毒素 能抑制烟草细胞中谷氨酰胺合成酶的活性, 导致铵的非正常积累， 对植物产生毒害作用 但病菌基因组本身编码一种乙酰转移酶Ttr可使野火毒素乙酰 化，从而降解其毒害作用 将病原菌的 Ttr 基因与CaMV35S 启动子融合, 用农杆菌介导转 入烟草, 获得了对野火毒素处理及病原菌侵染均表现良好抗性 的转基因植株 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 补偿植物中对毒素敏感的酶 菜豆丁香假单胞菌P. syringae pv. phaseolicola产生的三肽 毒素phaseolotoxin是病菌的致病因子 现已从病菌内克隆出编码该酶的基因argK，将argK基因导入菜 豆，表达外源基因的转基因菜豆对 P. syringae pv. phaseolicola 表现出完全抗性 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 该毒素抑制植物体内参与精氨酸合成的鸟氨酸氨甲酰转移酶OCTase的活性，而病菌本身的OCTase对其毒素不敏感 夺取病菌生长所需营养物质 引起十字花科蔬菜作物软腐病的菊欧文氏菌合成一种被称为 chrysobactin 的噬铁素siderophore，siderophore能够络合 物组织中的铁离子，使植物得不到足够的铁元素营养，从而产 生系统病害症状 用编码来自于脊椎动物铁转移物质的基因转化植物, 转基因植物 汲取铁元素的能力提高 在病原细菌侵染过程中能够与细菌竞争铁元素，使病原细菌得 不到足够的铁元素营养, 从而减轻其对植物的危害 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 强化植物抗病反应及其信号转导途径 表达抗病基因 增强激发子的产生 增强活性氧的产生 提前启动防御机制，抵御病菌的侵染 抗植物细菌病害基 因工程的研究进展 将来自抗病品种的抗 白叶枯病基因 Xa21导 入感病品种中 , 获得了 高抗白叶枯病菌的转 基因植物 用来自于番茄抗 Pseudomonas syringae pv. tomato 的抗病基因Pto 转化 烟草，转基因烟草表 现出对烟草野火病菌 的抗性 在植物抗病基因上的利用 根据已有的R基因结构特征设计新的R基因 把病原菌的无毒基因和与之相对应植物的抗病基因一起导入植物中，在特定的条件下可刺激两者同时表达，相互作用后激发植物的抗病反应 基因对基因学说 病原含毒性基因 vir和无毒基因 avr，感病与抗 病寄主分别含感病 基因r和抗病基因 R，只有携带avr 基因的病原与携带 R基因的寄主互作 时，才能表现为寄 主抗病。 表 达 抗 病 基 因 抗植物细菌病害基 因工程的研究进展 将胡萝卜软腐欧文氏菌 果胶酸酯裂解酶编码基 因转入马铃薯，转基因 马铃薯在受到病原物侵 染时植物组织受伤，释 放果胶酸酯裂解酶，该 酶分解植物细胞壁，释 放一种寡糖激发子，对 软腐病的抗性大大提高 激发子的来源 激发子即可来自病原 物，又可来自植物本 身的成分，如植物细 胞壁被病原物水解后 的某些产物 激发子 激发子是指能