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转基因抗病毒植物如何产生抗病性?(选修3P18)  

2014-03-25 16:11:57|  分类: 现代科技专题 |  标签: |举报 |字号 订阅

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选修3《现代生物科技专题》第18页:抗病转基因植物所采用的基因,使用最多的是病毒外壳蛋白基因和病毒的复制酶基因。从字面上看,病毒外壳蛋白基因指导合成的应该是病毒外壳蛋白,而病毒的复制酶基因指导合成的应该是病毒复制酶,这二者应当都有利于病毒蛋白质和核酸分子的合成和装配,也就是有利于病毒在植物细胞内的增殖的,怎么转入病毒外壳蛋白基因和病毒复制酶基因反而能使植物抗病毒呢?
一、植物抗病毒基因工程【常见防治植物病毒病害的策略】
  1.病毒外壳蛋白介导的基因工程抗病性
  2.复制酶介导的抗病性
  3.卫星RNA介导的抗病性
  4.反义RNA和核酶策略
  5.复合基因策略
  6.其它抗病毒策略
  封闭和干扰病毒的移动蛋白;植物抗体基因策略;缺陷RNA策略。
  另外植物体自身的一些抗病毒的基因也被克隆,并用于抗病毒植物基因工程中。
  目前随着植物分子生物学,植物生理学,病毒分子生物学的发展以及基因工程技术的不断完善,将会出现更有效更安全的抗植物病毒的策略。(程英豪、王继伟,生物学通报,1998年第33卷第5期,P.5)
二、详述选修三中提到两种策略
        1.病毒外壳蛋白介导的基因工程抗病性 
         外壳蛋白是形成病毒颗粒的结构蛋白,它的功能是将病毒基因组核酸包被起来,保护核酸;与宿主互相识别,决定宿主范围;参与病毒的长距离运输等。1986年,美国的Beachy实验室的Powell-Abel等第一次将烟草花叶病毒外壳蛋白(TMV-Cp)基因插入修饰过的农杆菌质粒中,并置于花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子下,经农杆菌侵染而将TMV-Cp基因转入烟草,并在烟草中表达TMV-Cp,分子生物学检测表明TMV-Cp基因已整合到烟草的基因组中,并能稳定地遗传给子代,在转基因烟草中TMV-Cp表达量占叶蛋白0.1%左右。攻毒试验表明:转基因烟草能够抑制TMV的复制,在一定程度上降低或阻止TMV的系统侵染;并延迟发病12~30天。这一突破性的研究成果标志着植物抗病毒基因工程的诞生。自此科学家继续用黄瓜花叶病毒(CMV),马铃薯病毒X和Y,大豆花叶病毒(SMV),苜蓿花叶病毒(AiMV)等病毒的外壳蛋白基因导入植物体后,均得到类似的实验结果,使转基因植物获得对该病毒的抗性。至今世界各地科学家已在15个病毒组中的30多种病毒中,证实了由病毒外壳蛋白介导的抗病性,许多抗性工程植物相继进入大田试验。目前认为外壳蛋白介导的抗病性是比较成熟的植物抗病毒基因工程策略,有人认为其机制是外壳蛋白在转基因植物中的积累干扰了病毒脱衣壳,从而抑制了病毒在植物体中的复制,转运与积累,但许多实验结果预示其机制的复杂性。 
         2.复制酶介导的抗病性 
         复制酶即特异性依赖于病毒RNA的RNA多聚酶。是病毒基因组编码的自身复制不可缺少的部分,特异地合成病毒的正负链RNA。1990年Golemboski等报道他们将TMVU1株编码的复制酶的一部分基因序列,即54kD蛋白基因转入烟草中得到的工程植株用很高浓度的TMVU1(500μg/mL)及TMV RNA(300μg/mL)接种时,均表现出很高的抗性,比一般转外壳蛋白基因的植物介导的植物抗病性高得多。后来豌豆早枯病毒54kD的蛋白基因和CMVFny RNA2编码的切去活性中心部位GDD(Gly-Asp-Asp)的复制酶部分基因片段转入烟草,均获得了高抗的工程植物。此外在马铃薯病毒X和Y中也报道了同样成功的研究结果。转入的这些基因均为切除了复制酶活性中心部位GDD核苷酸序列,大多数人认为表达的这些不稳定蛋白产物会干扰病毒复制过程中复制酶复合体的形成及其功能的行使,从而使工程植株具有抗病性。复制酶策略很有应用前景。 
整理:王春强(莒县一中)
http://blog.sina.com.cn/s/blog_505c5b570101il8r.html
http://q.163.com/xiaxianping01/poster/11511271/
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