植物转基因育种的成就和展望
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第八节 植物转基因育种的成就和展望
一、成就：
（一）与增强抗性有关的基因的研究进展 • 1．抗除草剂 • 2．抗病性 • 3、抗虫性 • 4、抗非生物逆境
1．抗除草剂
• Basta是一种广谱性除草剂（主要有效成分是草丁膦）。 原理： 草丁膦是铵盐草丁膦铵的简称，其活性成分为 PPT （ L—Phosphiothiothricin ）（膦化麦黄酮）。其化学结构 与谷氨酸类似，被植物吸收后能强烈抑制谷氨酰胺合成酶 （glutamine synthetase; GS）的活性，从而阻断了谷氨酸与 氨结合生成谷氨酰胺的生化反应，导致细胞内氨迅速积累， 最后使整个植物体死亡。 而来自于潮湿霉菌（ Streptemyces hygroscopicus，又称 吸水链霉菌）的 bar 基因合成乙酰 CoA 转移酶，通过乙酰反 应使乙酰CoA与草丁膦的流离氨基结合，从而起到解毒作用， 达到抗草丁膦除草剂的目的。
• 抗病毒病转基因育种的其它思路：
反义RNA技术：病毒进入体内后，病毒RNA成为双链。
RNAi技术：导致病毒进入体内后被降解。 ……
（2）抗细菌性病害的基因工程
有两种思路：
a. 克隆或合成分解细菌细胞壁有关酶类（如溶菌酶、 抗菌肽等）的基因，转入植物可提供对细菌性病害 的较为广谱的抗性——提供一定程度的抗性。 b. 克隆作物本身的抗病基因，如抗水稻白叶枯病基因 Xa-21的克隆和应用。
•
我国抗除草剂转基因研究现状
抗草甘膦
抗草丁膦
2．抗病性
（1）抗病毒病
原理：病毒颗粒的外层包被着一层蛋白质外壳（PR蛋白）。 一个PR蛋白内有大量病毒颗粒。成熟时，蛋白质外壳 破裂释放出病毒颗粒，每个病毒颗粒再进入一个新的 PR蛋白，在其中复制、繁殖和被释放（脱壳）。不同 病毒的PR蛋白不同。 人工合成特定病毒PR蛋白的类似物基因，转入植物中 表达。进入这种拟（假）外壳蛋白的病毒颗粒由于拟 外壳蛋白不会破裂而不能被释放，因而使病毒病的发 展受到抑制，甚至于不表现症状。由此可见，对每种 病毒病，必须设计不同的 PR蛋白基因，以供抗病毒病 基因工程育种之用。
吸水链霉菌能产生膦丝菌素 N －乙酰转移酶 PAT （phosohinthricin acetyltransferase），使PPT的自由 氨基乙酰化产生非活性化合物，使之不能抑制 GS的活 性，达到对PPT解毒的目的：
CH3 | HO—P==O | CH2 | CH2 | H— C—NH2 | COOH 草丁膦（Glufosinate） CH3 ∣ HO—P==O | CH2 | CH2 | H— C—NH—AC | COOH
3、抗虫性 （1）抗鳞翅目害虫基因工程 • B.t. 基因的作用原理： 苏云金芽孢杆菌的伴胞晶体蛋白基 因。此种伴胞晶体蛋白对鳞翅目害虫而言，是一种前毒素， 在昆虫的碱性肠道中将转变为-内毒素，使昆虫中毒死亡。
• 在昆虫及其病原菌共同进化的过程中，双方均不断发生变异， 以彼此相互适应。或曰害虫会产生抗药性。这是报道转基因 抗虫棉丧失抗性的主要原因。 • 解决的办法： a. 改造 B.t. 基因，使其产物的构象发生大的变化，提高 B.t.的毒性，减少害虫适应的可能性； b. 其它 抗 虫基因的 研究 ， 如 豇豆胰蛋 白酶抑制 剂基因 （ CpTI——SCK ），慈姑毒蛋白基因等，不同机理的 抗虫基因的结合使用。
目前研究得最深入的是 hrp 基因家族产生的 harpin 蛋白。
• harpin 分子作为非特异性激发子（non-specific elicitor） 与植物细胞壁上或膜上的受体结合后导致 K+/H+ 交换、活 性氧迸发（active oxygen burst）、内源激素（如salicylic acid, SA ） 积 累 、 蛋 白 质 磷 酸 化 、 病 程 相 关 蛋 白 (Pathogenesis-related Protein, PR protein)基因转录表达和 植保素（phytoalexin）合成启动等，在表型上表现出植物 细胞程序化死亡（programmed cell death，PCD），在功 能 上 赋 予 植 物 产 生 广 谱 的 系 统 获 得 抗 病 性 （ Systemic Acquired Resistance，SAR），不仅对植物病原真菌侵染 有抵抗性，而且抗植物细菌和病毒的侵染。
抗衰老基因
衰老的原因：体内有促进生长的基因，也有造成衰老 的基因。生长过程中代谢产物的积累使衰老基因的启 动子被激活，从而启动衰老基因的表达，使肌体衰老。 抗衰老基因的原理：基因是由启动子、结构基因和 调节基因三部分组成。 将衰老基因（如乙烯合成酶 基因）的启动子与生长基因（如细胞分裂素合成酶基 因）的结构基因部分组合在一起，是抗衰老基因工程 的主要思路之一。
实质是植物激素基因工程。
接穗以上 叶片： 下半部分 叶片为黄 色，中部 和上部叶 为绿色 以下叶 片全部 为绿色
接穗以 上叶片 全部为 绿色
以下叶 片全部 为黄色
以转基因植株为占木
以原亲本为占木
转基因烟草的抗衰老实验（Monsando公司的实验）
基因工程雄性不育
三系法 两系法
RNase ——显性不育；抑制基因；同型亲本为 其保持系
2. 减少饱和脂肪酸含量：（为了降低人体胆固醇含量） 将硬脂酰CoA脱饱和酶基因转移 大豆酯-ACP硫酯酶基因转移 降低硬脂酸含量 降低饱和脂肪酸含量
详见下图。
(3) 抗真菌性病害的基因工程
真菌性病害生理小种多，变异大；作物抗病基因的抗 性级别高但抗性容易丧失。因此，抗病基因工程育种 的思路略有不同。 主要思路： a. 在作物本身寻找并克隆广谱抗性基因； b. 克隆破坏真菌细胞壁的水解酶基因，如几丁质（聚N乙酰氨基葡萄糖）酶基因、 -1,3- 葡聚糖酶基因、核 糖体抑制蛋白基因、植保素合成基因等，单个这样的 基因提供的抗性的级别一般不是很高，累加则效果提 高，且提供的是广谱抗性（没有病原菌特异性，而是 由宿主的反应类型决定的抗性，非局部的而是系统诱 导的抗病性）。
改良淀粉品质的其它思路
淀粉合成酶基因
淀粉合成途径： 葡萄糖
直链淀粉合成酶
直链淀粉
焦磷酸葡萄糖
Q酶
焦磷酸葡萄糖合成酶
支链淀粉
其它酶的研究
改良脂肪酸组成的基因工程：
1. 增加饱和脂肪酸含量：（为了生产人造固体食用油脂） 抑制硬脂酰ACP脱饱和酶活性。 最好的方法是通过在 植物体内表达这个酶的反义基因，使硬脂酸含量提高。
无毒基因介导广谱抗病的原理：
无毒基因在多种革兰氏阴性细菌中表达产生一种小分子 诱导物。这种诱导物是一种激发（因）子，通过和植物抗性 基因的作用进一步激活植物本身的防御系统。防御系统的有 关基因被启动表达后，导致植物大量合成与抗性有关的物质， 包括植保素、蛋白酶抑制剂、葡聚糖酶和几丁质等，从而表 现出广谱抗性。 将无毒基因从病原菌中克隆出来，与一个非专一性的、 但具有病原诱导调控机能的启动子重组，构建成一个非专一 性的病原物诱导基因，导入植物细胞便可使原来专一性表达 的无毒信号因子失去其专一性。这样，无论毒性菌还是非毒 性菌侵染时都能激活植物防御系统基因的表达，达到抗病的 目的。
降低直链淀粉含量的基因工程
原理：直链淀粉占总淀粉的比重越高，稻米品质越差。在 无法破坏直链淀粉合成酶基因的情况下，采用反义RNA技 术，合成它的反义基因。 反义基因转录的RNA与原基因产生的RNA互补，结果两种 RNA结合形成双链，植物本身的RNA因此而不能进入核糖 体，不能翻译出正常的直链淀粉合成酶。在反义基因的表 达充分时，直链淀粉合成酶完全不能形成，结果得到的是 糯稻；在反义基因表达弱于正义基因时，直链淀粉含量可 有不同程度的降低。理论上，一个高直链淀粉品种转基因 后，可筛选出具有各种直链淀粉含量的稳定后代，从而达 到改进稻米品质的目的。
Acctyl—CoA
PAT
乙酰—草丁膦（Acctyl—Glufosinate）
图、bar基因产物草丁膦乙酰转移酶的催化反应
与其他外源基因一样，bar基因能够在转基因水稻
中正常表达，其表达量占总可溶蛋白的0.001%时便足
以使植物抗除草剂。
• Roundup是另一种广谱灭生性除草剂（主要有效成分是 草甘膦） 原理：草甘膦主要破坏叶绿体代谢中的莽草酸代谢途径， 植物因叶绿体代谢受阻而死亡。 抗草甘膦基因则使莽草酸代谢中的关键酶（莽草 酸羟基乙酰转移酶）的合成量提高 20倍以上，从 而抵抗了草甘膦的破坏作用。
无毒基因利用的关键是可调控启动子的构建。
这类启动子的好处是：正常情况下它们在植物中仅保 持低水平的表达，使植物不会受到信号基因产物的明 显影响。只有当植物受到病原菌侵染时，启动子在受 侵染部位短期内诱导无毒基因的大量表达，并在受侵 染点周围激活与植物防御系统有关的基因表达，增强 植物的抗性水平。当病原菌被控制住以后，这些启动 子的活性会恢复到原来的低水平表达。
(2)抗同翅目（飞虱）等害虫的基因工程
• GNA 基因： GNA 的中文名为植物凝集素（ lactin）基因。 很多报道证实，从雪花莲中分离的 GNA 基因对水稻褐飞 虱、白背飞虱，以及蚜虫等同翅目害虫有显著抗性。 • GNA 基因的作用原理：是外源植物凝集素与害虫肠道围 食膜上的特定糖蛋白结合，影响营养的吸收，并可能诱发 消化道病灶，从而达到杀虫的目的。当 GNA 基因表达蛋 白在植物体内的表达量占可溶性蛋白的 0.1%以上时，即 可对刺吸式口器害虫（如蚜虫、褐飞虱、叶蝉等）表现出 明显毒性。 为了提高 GNA基因的杀虫效果，也为了防止GNA基因 对人、畜的影响，现在已将该基因与一个韧皮部特异表达 的启动子RSs1构建在一起。
蛋白酶抑制剂的作用原理：
蛋白酶抑制剂作用于昆虫蛋白消化酶的活动中心，形成酶 抑制剂复合物（EI），从而阻断或减弱蛋白酶对外源蛋白 质的水解作用，导致蛋白质不能被正常消化；同时EI复合 物能刺激昆虫过量分泌消化酶，结果导致昆虫发育不正常 或死亡。此外，蛋白酶抑制剂可通过消化道进入昆虫的血 淋巴系统，从而严重干扰昆虫的蜕皮过程和免疫功能，以 至昆虫不能正常发育。 蛋白酶抑制剂作用于蛋白消化酶的活动中心。活动中心是 酶最保守的部位，产生突变的可能性很小，故可排除害虫 通过突变产生抗性的可能性。 豇豆胰蛋白酶抑制剂基因属于丝氨酸类蛋白酶抑制剂，抗 虫效果最好，且抗谱较宽，受到广泛重视。
• 一、成就：
• • • • • • （二）与丰产性有关基因的研究进展 1．硝酸还原酶基因 2．雄性不育基因工程 3．抗衰老基因 4．Ppa基因 5．提高光合效率的基因工程
硝态N肥
硝酸盐
亚硝酸盐
继续代谢
（硝酸还原酶） （亚硝酸还原酶）
植物:
活性弱 硝酸盐积累
活性强
人:
活性强
活性弱
亚硝酸盐积累
改造植物硝酸还原酶活性，结果显著降低了硝酸盐积 累，大大提高了植物进一步吸收氮肥的能力，从而达 到增产。
原理：花药绒毡层结构蛋白由4个亚基组成，
分别由不同基因控制组成这些亚基的肽链的形成。克隆其 中的一个基因并加以改造，使其表达相应肽链的类似物。 这些类似物与正常肽链竞争参与绒毡层结构蛋白的形成， 并在一定时期引起绒毡层结构的崩溃，造成不育。 只要给这个改造的基因加上一个在绒毡层特异表达的启动 子，再加上一个可调节启动子（化学药剂作为调节剂）， 就可能通过化杀实现雄性不育，实现杂优利用。
c. 无毒信号基因介导广谱性抗病的新策略 已经从病原细菌和真菌克隆了几个无毒基因 （avirulence gene）。对这些基因功能的研究表明，它 们不仅能诱导寄主植物产生专一性的超敏反应，而且 也是限制病原物寄主范围的重要因子。
这些因子如果能在病原菌里表达，则可使该菌系 在同一寄主上由原来的感病性反应变为抗病性反应。 由于这些基因能使有毒菌株变为无毒菌株，因此称这 些基因为无毒基因。
花药绒毡层结构蛋白 分子由4个Байду номын сангаас基组成
改造形成其中一个亚 基的基因，使形成的 替代物与原亚基竞争 参加绒毡层的构建， 并导致绒毡层在形成 过程中崩溃
PPa基因的作用原理
提高光合作用的基因工程
Rubp羧化酶 C4途径（PEP羧化酶）
• 一、成就：
• • • • （三）与优质有关基因的研究进展 1．耐贮藏性 2．改良稻米品质的基因工程 3．改进脂肪酸组成的基因工程
一、成就：
（一）与增强抗性有关的基因的研究进展 • 1．抗除草剂 • 2．抗病性 • 3、抗虫性 • 4、抗非生物逆境
1．抗除草剂
• Basta是一种广谱性除草剂（主要有效成分是草丁膦）。 原理： 草丁膦是铵盐草丁膦铵的简称，其活性成分为 PPT （ L—Phosphiothiothricin ）（膦化麦黄酮）。其化学结构 与谷氨酸类似，被植物吸收后能强烈抑制谷氨酰胺合成酶 （glutamine synthetase; GS）的活性，从而阻断了谷氨酸与 氨结合生成谷氨酰胺的生化反应，导致细胞内氨迅速积累， 最后使整个植物体死亡。 而来自于潮湿霉菌（ Streptemyces hygroscopicus，又称 吸水链霉菌）的 bar 基因合成乙酰 CoA 转移酶，通过乙酰反 应使乙酰CoA与草丁膦的流离氨基结合，从而起到解毒作用， 达到抗草丁膦除草剂的目的。
• 抗病毒病转基因育种的其它思路：
反义RNA技术：病毒进入体内后，病毒RNA成为双链。
RNAi技术：导致病毒进入体内后被降解。 ……
（2）抗细菌性病害的基因工程
有两种思路：
a. 克隆或合成分解细菌细胞壁有关酶类（如溶菌酶、 抗菌肽等）的基因，转入植物可提供对细菌性病害 的较为广谱的抗性——提供一定程度的抗性。 b. 克隆作物本身的抗病基因，如抗水稻白叶枯病基因 Xa-21的克隆和应用。
•
我国抗除草剂转基因研究现状
抗草甘膦
抗草丁膦
2．抗病性
（1）抗病毒病
原理：病毒颗粒的外层包被着一层蛋白质外壳（PR蛋白）。 一个PR蛋白内有大量病毒颗粒。成熟时，蛋白质外壳 破裂释放出病毒颗粒，每个病毒颗粒再进入一个新的 PR蛋白，在其中复制、繁殖和被释放（脱壳）。不同 病毒的PR蛋白不同。 人工合成特定病毒PR蛋白的类似物基因，转入植物中 表达。进入这种拟（假）外壳蛋白的病毒颗粒由于拟 外壳蛋白不会破裂而不能被释放，因而使病毒病的发 展受到抑制，甚至于不表现症状。由此可见，对每种 病毒病，必须设计不同的 PR蛋白基因，以供抗病毒病 基因工程育种之用。
吸水链霉菌能产生膦丝菌素 N －乙酰转移酶 PAT （phosohinthricin acetyltransferase），使PPT的自由 氨基乙酰化产生非活性化合物，使之不能抑制 GS的活 性，达到对PPT解毒的目的：
CH3 | HO—P==O | CH2 | CH2 | H— C—NH2 | COOH 草丁膦（Glufosinate） CH3 ∣ HO—P==O | CH2 | CH2 | H— C—NH—AC | COOH
3、抗虫性 （1）抗鳞翅目害虫基因工程 • B.t. 基因的作用原理： 苏云金芽孢杆菌的伴胞晶体蛋白基 因。此种伴胞晶体蛋白对鳞翅目害虫而言，是一种前毒素， 在昆虫的碱性肠道中将转变为-内毒素，使昆虫中毒死亡。
• 在昆虫及其病原菌共同进化的过程中，双方均不断发生变异， 以彼此相互适应。或曰害虫会产生抗药性。这是报道转基因 抗虫棉丧失抗性的主要原因。 • 解决的办法： a. 改造 B.t. 基因，使其产物的构象发生大的变化，提高 B.t.的毒性，减少害虫适应的可能性； b. 其它 抗 虫基因的 研究 ， 如 豇豆胰蛋 白酶抑制 剂基因 （ CpTI——SCK ），慈姑毒蛋白基因等，不同机理的 抗虫基因的结合使用。
目前研究得最深入的是 hrp 基因家族产生的 harpin 蛋白。
• harpin 分子作为非特异性激发子（non-specific elicitor） 与植物细胞壁上或膜上的受体结合后导致 K+/H+ 交换、活 性氧迸发（active oxygen burst）、内源激素（如salicylic acid, SA ） 积 累 、 蛋 白 质 磷 酸 化 、 病 程 相 关 蛋 白 (Pathogenesis-related Protein, PR protein)基因转录表达和 植保素（phytoalexin）合成启动等，在表型上表现出植物 细胞程序化死亡（programmed cell death，PCD），在功 能 上 赋 予 植 物 产 生 广 谱 的 系 统 获 得 抗 病 性 （ Systemic Acquired Resistance，SAR），不仅对植物病原真菌侵染 有抵抗性，而且抗植物细菌和病毒的侵染。
抗衰老基因
衰老的原因：体内有促进生长的基因，也有造成衰老 的基因。生长过程中代谢产物的积累使衰老基因的启 动子被激活，从而启动衰老基因的表达，使肌体衰老。 抗衰老基因的原理：基因是由启动子、结构基因和 调节基因三部分组成。 将衰老基因（如乙烯合成酶 基因）的启动子与生长基因（如细胞分裂素合成酶基 因）的结构基因部分组合在一起，是抗衰老基因工程 的主要思路之一。
实质是植物激素基因工程。
接穗以上 叶片： 下半部分 叶片为黄 色，中部 和上部叶 为绿色 以下叶 片全部 为绿色
接穗以 上叶片 全部为 绿色
以下叶 片全部 为黄色
以转基因植株为占木
以原亲本为占木
转基因烟草的抗衰老实验（Monsando公司的实验）
基因工程雄性不育
三系法 两系法
RNase ——显性不育；抑制基因；同型亲本为 其保持系
2. 减少饱和脂肪酸含量：（为了降低人体胆固醇含量） 将硬脂酰CoA脱饱和酶基因转移 大豆酯-ACP硫酯酶基因转移 降低硬脂酸含量 降低饱和脂肪酸含量
详见下图。
(3) 抗真菌性病害的基因工程
真菌性病害生理小种多，变异大；作物抗病基因的抗 性级别高但抗性容易丧失。因此，抗病基因工程育种 的思路略有不同。 主要思路： a. 在作物本身寻找并克隆广谱抗性基因； b. 克隆破坏真菌细胞壁的水解酶基因，如几丁质（聚N乙酰氨基葡萄糖）酶基因、 -1,3- 葡聚糖酶基因、核 糖体抑制蛋白基因、植保素合成基因等，单个这样的 基因提供的抗性的级别一般不是很高，累加则效果提 高，且提供的是广谱抗性（没有病原菌特异性，而是 由宿主的反应类型决定的抗性，非局部的而是系统诱 导的抗病性）。
改良淀粉品质的其它思路
淀粉合成酶基因
淀粉合成途径： 葡萄糖
直链淀粉合成酶
直链淀粉
焦磷酸葡萄糖
Q酶
焦磷酸葡萄糖合成酶
支链淀粉
其它酶的研究
改良脂肪酸组成的基因工程：
1. 增加饱和脂肪酸含量：（为了生产人造固体食用油脂） 抑制硬脂酰ACP脱饱和酶活性。 最好的方法是通过在 植物体内表达这个酶的反义基因，使硬脂酸含量提高。
无毒基因介导广谱抗病的原理：
无毒基因在多种革兰氏阴性细菌中表达产生一种小分子 诱导物。这种诱导物是一种激发（因）子，通过和植物抗性 基因的作用进一步激活植物本身的防御系统。防御系统的有 关基因被启动表达后，导致植物大量合成与抗性有关的物质， 包括植保素、蛋白酶抑制剂、葡聚糖酶和几丁质等，从而表 现出广谱抗性。 将无毒基因从病原菌中克隆出来，与一个非专一性的、 但具有病原诱导调控机能的启动子重组，构建成一个非专一 性的病原物诱导基因，导入植物细胞便可使原来专一性表达 的无毒信号因子失去其专一性。这样，无论毒性菌还是非毒 性菌侵染时都能激活植物防御系统基因的表达，达到抗病的 目的。
降低直链淀粉含量的基因工程
原理：直链淀粉占总淀粉的比重越高，稻米品质越差。在 无法破坏直链淀粉合成酶基因的情况下，采用反义RNA技 术，合成它的反义基因。 反义基因转录的RNA与原基因产生的RNA互补，结果两种 RNA结合形成双链，植物本身的RNA因此而不能进入核糖 体，不能翻译出正常的直链淀粉合成酶。在反义基因的表 达充分时，直链淀粉合成酶完全不能形成，结果得到的是 糯稻；在反义基因表达弱于正义基因时，直链淀粉含量可 有不同程度的降低。理论上，一个高直链淀粉品种转基因 后，可筛选出具有各种直链淀粉含量的稳定后代，从而达 到改进稻米品质的目的。
Acctyl—CoA
PAT
乙酰—草丁膦（Acctyl—Glufosinate）
图、bar基因产物草丁膦乙酰转移酶的催化反应
与其他外源基因一样，bar基因能够在转基因水稻
中正常表达，其表达量占总可溶蛋白的0.001%时便足
以使植物抗除草剂。
• Roundup是另一种广谱灭生性除草剂（主要有效成分是 草甘膦） 原理：草甘膦主要破坏叶绿体代谢中的莽草酸代谢途径， 植物因叶绿体代谢受阻而死亡。 抗草甘膦基因则使莽草酸代谢中的关键酶（莽草 酸羟基乙酰转移酶）的合成量提高 20倍以上，从 而抵抗了草甘膦的破坏作用。
无毒基因利用的关键是可调控启动子的构建。
这类启动子的好处是：正常情况下它们在植物中仅保 持低水平的表达，使植物不会受到信号基因产物的明 显影响。只有当植物受到病原菌侵染时，启动子在受 侵染部位短期内诱导无毒基因的大量表达，并在受侵 染点周围激活与植物防御系统有关的基因表达，增强 植物的抗性水平。当病原菌被控制住以后，这些启动 子的活性会恢复到原来的低水平表达。
(2)抗同翅目（飞虱）等害虫的基因工程
• GNA 基因： GNA 的中文名为植物凝集素（ lactin）基因。 很多报道证实，从雪花莲中分离的 GNA 基因对水稻褐飞 虱、白背飞虱，以及蚜虫等同翅目害虫有显著抗性。 • GNA 基因的作用原理：是外源植物凝集素与害虫肠道围 食膜上的特定糖蛋白结合，影响营养的吸收，并可能诱发 消化道病灶，从而达到杀虫的目的。当 GNA 基因表达蛋 白在植物体内的表达量占可溶性蛋白的 0.1%以上时，即 可对刺吸式口器害虫（如蚜虫、褐飞虱、叶蝉等）表现出 明显毒性。 为了提高 GNA基因的杀虫效果，也为了防止GNA基因 对人、畜的影响，现在已将该基因与一个韧皮部特异表达 的启动子RSs1构建在一起。
蛋白酶抑制剂的作用原理：
蛋白酶抑制剂作用于昆虫蛋白消化酶的活动中心，形成酶 抑制剂复合物（EI），从而阻断或减弱蛋白酶对外源蛋白 质的水解作用，导致蛋白质不能被正常消化；同时EI复合 物能刺激昆虫过量分泌消化酶，结果导致昆虫发育不正常 或死亡。此外，蛋白酶抑制剂可通过消化道进入昆虫的血 淋巴系统，从而严重干扰昆虫的蜕皮过程和免疫功能，以 至昆虫不能正常发育。 蛋白酶抑制剂作用于蛋白消化酶的活动中心。活动中心是 酶最保守的部位，产生突变的可能性很小，故可排除害虫 通过突变产生抗性的可能性。 豇豆胰蛋白酶抑制剂基因属于丝氨酸类蛋白酶抑制剂，抗 虫效果最好，且抗谱较宽，受到广泛重视。
• 一、成就：
• • • • • • （二）与丰产性有关基因的研究进展 1．硝酸还原酶基因 2．雄性不育基因工程 3．抗衰老基因 4．Ppa基因 5．提高光合效率的基因工程
硝态N肥
硝酸盐
亚硝酸盐
继续代谢
（硝酸还原酶） （亚硝酸还原酶）
植物:
活性弱 硝酸盐积累
活性强
人:
活性强
活性弱
亚硝酸盐积累
改造植物硝酸还原酶活性，结果显著降低了硝酸盐积 累，大大提高了植物进一步吸收氮肥的能力，从而达 到增产。
原理：花药绒毡层结构蛋白由4个亚基组成，
分别由不同基因控制组成这些亚基的肽链的形成。克隆其 中的一个基因并加以改造，使其表达相应肽链的类似物。 这些类似物与正常肽链竞争参与绒毡层结构蛋白的形成， 并在一定时期引起绒毡层结构的崩溃，造成不育。 只要给这个改造的基因加上一个在绒毡层特异表达的启动 子，再加上一个可调节启动子（化学药剂作为调节剂）， 就可能通过化杀实现雄性不育，实现杂优利用。
c. 无毒信号基因介导广谱性抗病的新策略 已经从病原细菌和真菌克隆了几个无毒基因 （avirulence gene）。对这些基因功能的研究表明，它 们不仅能诱导寄主植物产生专一性的超敏反应，而且 也是限制病原物寄主范围的重要因子。
这些因子如果能在病原菌里表达，则可使该菌系 在同一寄主上由原来的感病性反应变为抗病性反应。 由于这些基因能使有毒菌株变为无毒菌株，因此称这 些基因为无毒基因。
花药绒毡层结构蛋白 分子由4个Байду номын сангаас基组成
改造形成其中一个亚 基的基因，使形成的 替代物与原亚基竞争 参加绒毡层的构建， 并导致绒毡层在形成 过程中崩溃
PPa基因的作用原理
提高光合作用的基因工程
Rubp羧化酶 C4途径（PEP羧化酶）
• 一、成就：
• • • • （三）与优质有关基因的研究进展 1．耐贮藏性 2．改良稻米品质的基因工程 3．改进脂肪酸组成的基因工程