番茄抗病基因工程育种研究进展

番茄抗病基因工程育种研究进展

刘士勇１，刘守伟２＊

（１．黑龙江省农业广播电视学校，黑龙江哈尔滨

１５００９０；２．东北农业大学园艺学院，黑龙江哈尔滨１５００３０）

摘要：综述了基因工程技术在番茄抗病基因工程育种上的应用，探讨了基因工程在番茄抗病毒病、真菌、

细菌等方面的研究进展，并对番茄抗病基因工程的发展进行了展望。

关键词：番茄；基因工程；抗病育种中图分类号：Ｓ６４１．２；Ｑ７８；Ｓ６０３．４

文献标识码：Ａ

收稿日期：２００４－１０－１５

作者简介：刘士勇（１９７３－），男，黑龙江人，硕士，主要从事教务教学工作。

＊通讯作者

番茄作为一种蔬菜作物，在世界范围内都有广泛种植。但是由于连年重茬种植，病害相当严重，而且病害种类也多达４０多种［１］。严重影响菜农的经济效益和蔬菜的品质。为了减少农药的使用量，生产无公害产品的有效方法之一就是利用抗病品种。

直到目前为止，栽培番茄中仍缺乏一些抗病基因，如番茄的ＣＭＶ

（黄瓜花叶病毒）、早疫病、晚疫病、青枯病等抗病基因在栽培种中都无法找到。通过利用转基因技术将抗病基因转入番茄栽培种中，突破远源杂交不亲和性的困难，开辟了番茄抗病育种的新途径［２］。近十几年来，利用转基因技术在番茄抗病育种方面取得了较大进展。

１番茄抗病毒基因工程

病毒病是番茄的主要病害之一，每年造成番

茄的大量减产。危害番茄的病毒主要有烟草花叶病毒（ＴＭＶ）、黄瓜花叶病毒（ＣＭＶ）、黄瓜卷叶病毒（ＴＹＬＣＶ）、苜蓿花叶病毒（ＡＩＭＶ）和番茄斑萎病毒（ＴＳＷＶ）等。Ｐｏｗｅｌｌ等［３］通过植物基因工程技术，首次将ＴＭＶ的外壳蛋白（ＣＰ）基因转入烟草和番茄，培育出能稳定遗传的抗病毒植株。

目前在番茄上主要采用外壳蛋白基因、卫星

ＲＮＡ基因、反义ＲＮＡ基因等方法获得抗病毒的工

程番茄。Ｎｅｌｓｏｎ等将ＴＭＶ的ＣＰ基因转化番茄品

种ＶＦ３６的叶片，获得的转基因番茄中ＣＰ含量占叶片可提取蛋白量的０．０５％，大田接种ＴＭＶ后系统感染的植株不到５％，而对照达９９％。Ｓａｎｄｅｒ将

ＴＮＶＣＰ基因和Ｔ０ＭＶＣＰ基因分别导入番茄ＶＦ３６，

发现转ＴＭＶＣＰ基因工程番茄高抗ＴＭＶ，但对

Ｔ０ＭＶ没有抗性或抗性水平很低，而转Ｔ０ＭＶＣＰ基

因工程的番茄对Ｔ０ＭＶ不表现症状，对照则９７．５％发病，同时工程植株对ＴＭＶ也有较高的抗性［４］。杨荣昌等［５］用农杆菌介导法获得转ＣＭＶＣＰ基因的植株，转基因番茄Ｒ１－Ｒ４代苗期人工接种ＣＭＶ鉴定，表现出对该病的发病率和病情指数明显降低。徐香玲等［６］用农杆菌介导法获得双抗ＣＭＶ、ＴＭＶ基因的番茄植株，该植株发病率明显低于对照植株。Ｋｉｍ等１９９４年通过农杆菌介导转移番茄斑萎病毒（ＹＳＭＶ）核苷衣壳Ｎ蛋白基因技术，获得了对该病毒抗性水平达中到高抗的转基因番茄植株。Ｎｉｌｇｕｎ等１９８７年将苜蓿花叶病毒外壳蛋白

（ＡＭＶ－ＣＰ）基因导入番茄，转基因植株接种ＡＭＶ后发病

推迟，病情减轻，并对ＴＭＶ也有一定抗性［７］。

卫星ＲＮＡ是依赖于病毒才能复制的一类低分子量的ＲＮＡ，它能干扰病毒的复制和使症状减轻［８］。有人利用ＣＭＶ卫星ＲＮＡ－１的ｃＤＮＡ单体基因转化番茄，接种试验发现转基因番茄的症状减轻，田间试验也表现了对ＣＭＶ的抗性［９］。

此外，栝楼的ＴＣＳ基因可编码一种具有广谱抗植物病毒活性的核糖体失活蛋白（ＲＩＰ），利用基因工程将ＴＣＳ基因导入番茄，获得了具有广谱抗番茄病毒活性的转基因番茄，人工接种ＴＭＶ，ＣＭＶ，ＴＢＲＶ

（番茄黑环病毒）发现，转化植株的叶第３７卷第１期东北农业大学学报３７（１）：１０２￣１０４２００６年２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｆｅｂｒｕａｒｙ２００６

文章编号

１００５－９３６９

（２００６）０１－０１０２－０３

片未出现典型症状，而未转化的对照植株感染率达到５０％～６０％，表现出褪绿、环斑或局部坏死等症状［１０］。

姜国勇等［１１］利用双抗表达载体，将天然花粉蛋白基因（ＴＣＳ）和ＧＵＳ基因偶联通过农杆菌介导，获得了ＴＣＳ和ＧＵＳ基因双双表达的再生植株，转基因植株对ＴＭＶ和ＣＭＶ均表现出较高的抗性。

单雷等［１２］构建了ＣＭＶ－ＣＰ基因和ＴＭＶ－ＣＰ基因的双价植物表达载体并转化番茄，获得双抗ＣＭＶ和ＴＭＶ的转基因番茄，将转化植株定植到带有ＣＭＶ和ＴＭＶ活体毒源的温室中，４０ｄ后发现转化植株生长良好，能正常开花结果，无病症发生或感病很轻，而未转化的对照植株则出现感染症状，叶片严重卷曲。王傲雪等［１３］也采用发根农杆菌介导的番茄遗传基因转化系统获得了一株同时表达ＣＭＶ－ＣＰ基因和ＴＭＶ－ＣＰ基因的转基因番茄植株。

另外，Ｕｌｔｚｅｎ等将ＡＩＭＶ－ＣＰ基因转入番茄，获得了双抗ＴＳＷＶ（番茄斑萎病毒）和ＣＭＶ的转化番茄，Ｋｕｎｉｋ等则获得了抗ＴＹＬＣＶ的转基因番茄［１４］。

２番茄抗真菌病及细菌病基因工程

虽然药剂防治番茄真菌病有一定的效果，但因其剂量大残留多，使得培育抗真菌病害的品种就显得尤为重要。Ｊｏｎｇｅｄｉｊｋ和Ｌｏｇｅｍｍａｎｎ等将烟草Ⅰ型几丁质酶和β－１，３葡聚糖酶转入番茄中，两基因在转基因番茄植株中同时表达，用枯萎病镰刀菌（ＦｕｓａｒｉｕｍＯｘｙｓｐｅｒｓｉｃｉｆ．ｓｐ．ｌｙｃｏｐｅｒｓｉｃｉ）感染后，病害比对照减少３６％￣５８％，且受害植株可恢复正常生长。Ｖａｎ和Ｊｏｎｇｅｄｉｊｋ等的研究表明，烟草几丁质酶基因和葡聚糖酶基因同时表达的转基因番茄，对枯萎病的抗性明显高于转单基因植株的抗性［２］。Ｔｈｏｍｚｉｋ等［１５］将来源于葡萄的两个合成１，２－二苯乙烯的酶基因Ｖｓｔ１和Ｖｓｔ２导入番茄中，再与晚疫病真菌共培养，结果在番茄植株体内产生了１，２－二苯乙烯的后继产物植保素，这种番茄植株能抗晚疫病。在抗病番茄基因工程的研究中，也做了一些抗细菌番茄的研究工作。Ｔａｎｓｌｅｙ等从秘鲁番茄中克隆出抗细菌斑点病病菌的基因ｐｔｏ，转ｐｔｏ基因的番茄植株能抗细菌斑点病［１６］。

Ｍａｒｔｉｎｉ等［１６］将Ａｖｒ９基因导入Ｃｆ－９基因番茄的植株中获得成功，该转基因番茄对包括叶霉病在内的多种病原物表现出抗病性。Ｌａｕｇé等研究了一个抗番茄叶霉病的基因，并已通过叶霉病致病因子的鉴定。１９９８年，荷兰科学家以马铃薯ＰＶＸ病毒为载体，构建了抗叶霉病基因Ｃｆ－ＥＣＰ２，将其导入番茄中收到良好效果，使不含任何抗病基因的Ｃｆ－０番茄系获得对叶霉病的抗性［１７］。

田长恩等［１８］用花粉管通道法将柞蚕抗菌肽Ｄ基因导入番茄，获得了转基因植株，分子分析表明该基因已整合到番茄基因组中。大田接种试验显示，部分转基因植株的子一代具有较强的抗青枯病能力。３番茄抗病基因工程育种的展望基因工程技术的发展为培育抗病番茄品种提供了新的手段，获得适用的抗病基因是番茄抗病基因工程的前提。随着病原物中诱导番茄产生抗病反应的基因、番茄自身的抗病基因及抗病信号传导途径相关基因的发现和克隆，我们就可以利用基因工程技术培育出同时产生多种防卫反映而对多种病原产生较强的抗病力的番茄新品种。

另外，可以尝试通过研究不同抗病品种间相关ｍｏｔｉｆ的差异，未来可以直接改造相关结构域来消除这种种属专一性，培育出广谱抗性的番茄。

［参考文献］

［１］杜永臣．番茄育种研究主要进展［Ｊ］．园艺学报，１９９９，２６（３）：１６１－１６９．

［２］王全华，王秀峰．番茄抗病基因工程育种研究进展［Ｊ］．山东农业大学学报，２００３，３４（４）：６００－６０４．

［３］ＰｏｗｅｕＡｂｅｌＰ，ＮｅｌｓｏｎＲＳ，ＤｅＢ，ｅｔａｌ．Ｄｅｌａｙｏｆｄｉｓｅａｓｅｄｅｖｅｌｏｐｍ－ｅｎｔｉｎｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｐｌａｎｔｓｔｈａｔｅｘｐｒｅｓｓｔｈｅｔｏｂａｃｃｏｍｏｓａｉｃｖｉｒｕｓ

ｃｏａｔｐｒｏｔｅｉｎｇｅｎｅ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９８６，２３２：７３８－７４３．

［５］陈玉辉，许向阳，李景富．转基因技术在番茄育种上的应用［Ｊ］．分子植物育种，２００４，２（１）：１３３－１３８．

［５］杨荣昌，徐鹤林，龙明生，等．表达黄瓜花叶病毒外壳蛋白的转基因番茄及其对ＣＭＶ的抗性［Ｊ］．江苏农业学报，１９９５，１１（１）：

４０－４４．

［６］徐香玲，石锐，刘伟华，等．利用发根农杆菌（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｏｍｒｈｉｚｏｇｅｎｅｓ）介导二元载体向番茄导入ＴＭＶ、ＣＭＶ外壳蛋白的

研究［Ｊ］．植物研究，１９９４，１４（４）：４１６－４２３．

［７］孟祥栋，张卫华，马红．番茄基因工程研究进展［Ｊ］．中国蔬菜，

刘士勇等：番茄抗病基因工程育种研究进展・１０３・第１期