植物基因工程抗虫抗病基因优秀课件

• ICP的活化过程： 首先ICP溶解在昆虫的肠道里（ICP在碱性 条件可溶，而在中性条件下不溶），然后， 在蛋白酶的作用下，通过专一性蛋白酶水 解切割，ICP被活化。
• 活化的ICP不被胰蛋白酶或其它蛋白酶破 坏。
2．ICP的分类、结构及抗虫谱
据抗虫谱和序列同源性分为四种类型：
类型I （Cry I） 抗鳞翅目（Lepidoptera）昆虫， 对其幼虫有特异的毒性作用。
• 美国Monsanto公司的Fischhoff等人（1987 年）获得转Bt基因的番茄植株。
他 们 用 带 有 CaMV35S 启 动 子 的 CryIA(b)基因转化番茄品系VF36。获得了 对烟草天蛾显示出高抗虫活性的转基因植 株 。 但 因 ICP 表 达 水 平 低 ， 对 番 茄 果 螟 （Heliothis virescens）的抗性不强。
二、抗性基因的来源
根据基因来源分为三类： 1.植物组织 如豇豆胰蛋白酶抑制剂基因。 2. 动物 如杀菌肽（cecropins）基因。 3. 微生物 如Bt杀虫结晶蛋白基因。
三、抗性基因分类
据基因的作用功能和对象分为： 1. 抗虫基因。 2. 抗病毒基因。 3. 抗真菌和细菌基因。
第二节抗植物虫害基因及其应用
4. 存在的问题及对策
（1） ICP在植物中表达水平低 （2）昆虫对ICP产生抗性 （3）抗菌谱窄
（1） ICP在植物中表达水平低
原因：
• 主要是mRNA不稳定和翻译效率低。 • 天然的Bt基因富含A、T碱基,而植物基因
富含G、C碱基,可能导致Bt基因转录的末 成 熟 终 止 （ premature transcription termination）及不适当的切割。 • 因密码子上的差异也可能使Bt基因在植 物细胞的转录过程中形成二级结构、 mRNA的特定序列被降解和翻译效率降低。
• 只保留编码毒性核心片段的核苷酸序列就 能达到抗虫目的。
如，Bt2编码的最短毒性片段位于29至 607氨基酸残基处，进一步从基因3´端删除 4个密码子（codon）或从5´端删除8个密码 子，将完全丧失产物的毒性功能。
3. Bt基因的应用
• 1987年比利时的Vacek等人利用农杆菌介导 法首次获得了转基因烟草植株。 他们使用全长的CryIA（b）基因编码 1155个氨基酸和该基因保留了5ˊ端编码毒 蛋白核心区域的缺失片段（编码610个氨基 酸）。转基因植株对烟草天蛾（Manduca Sexta）幼虫的抗性为75％～100％。
对策1：修饰Bt基因，改造密码子。
为提高富含A、T碱基的Bt基因在富 含G、Ｃ碱基的植物细胞中表达水平。有 人对CryI基因进行了部分甚至完全的修饰。 修饰后的CryI基因在转基因棉花、烟草、 番茄和玉米中的表达水平有了显著提高。
Monsanto公司的Per1ak等人在不改变氨基 酸序列的情况下，对CryIA(b)和 CryIA(c)基因 进行修饰（主要是去除富含A、T 碱基序列）， 使CryIA(b)和CryI(c)的表达水平提高了100倍， CryIA(b)和CryI(c)蛋白的含量提高到占可溶性 蛋白的0.05％～0.1％，获得良好的抗虫效果， 其中转基因棉花植株对棉铃虫（Heliothis armingera）的抗性达80％。
一、Bt基因及其应用 二、蛋白酶抑制剂基因及其应用 三、植物凝集素基因及其应用 四、淀粉酶抑制剂基因及其应用
一、Bt基因及其应用
1. Bt基因的作用原理 2. ICP的分类、结构及抗虫谱 3. Bt基因的应用 4. 存在的问题及对策
1. Bt基因的作用原理
• Bt基因： 是从微生物苏云金杆菌（Bacillus thuringicnsis）分离出的苏云金杆菌杀虫结晶蛋白基 因，简称Bt基因。
• 在每种主要类型中，据序列同源性， ICP又划分为若干亚类
例如，CryI 又分为 IA(a)、IA(b)、 IA(c)、I B、IC等。
ICP的结构
• CryＩ蛋白为长1100～1200个氨基酸的 多肽，大小为130～140kD，其毒性多肽 分子是约60～70kD的核心片段。活性区 在氨基端，而原毒素羧基端至少一半以 上的氨基酸序列没有毒性功能。
目前全世界已有许多不同类型的 ICP基因转入多种作物，如烟草、 番茄、玉米、棉花、水稻、苹果、 核桃等。
Fra Baidu bibliotek
研究结果表明：一般用全长CryIA基 因转化植物，ICP在转基因植物中表达量 很低，甚至检测不到，其抗虫效果差或不
具抗虫性。在高抗虫性的转基因植株中， 每毫克可溶性蛋白中约有 2.6～190ng的 ICP。
植物基因工程抗虫抗病基因
第一章 抗植物病虫害基因 及其应用
第一节 抗植物虫害基因及其应用 第二节 抗植物病毒基因及其应用 第三节 抗植物真菌病害基因及其应用 第四节 抗植物细菌病害基因及其应用
第一节 概述
一、作用及意义 二、抗性基因的来源 三、抗性基因分类
一、作用及意义
应用抗病虫害基因具有以下优势： 1. 育种周期短、效率高、成本低。 2. 提高产量和品质。 3. 降低生产成本。 4. 防止化学农药污染，避免破坏生态平衡。 5. 克服亲本基因资源缺乏。 6. 抗性性状具有连续性和整体性。
类型II （CryII） 抗鳞翅目和双翅目（Diptera）。 类型III（CryIII） 抗鞘翅目（Coleoptera）昆虫。 类型IVw（CryIV）抗双翅目（Diptera）昆虫。
类型V（CryV） 抗鳞翅目和鞘翅目。
近年Payne等人则发现了具有抗膜翅 目（Hymeno-ptera）以及抗线虫 （Nematodes）的ICP。
• 苏云金杆菌属于革兰氏阴性，形成孢子细菌。在 芽胞形成过程中，可产生伴胞晶体，它由一种或 多种蛋白组成，具有高度特异性杀虫活性，这种 蛋白通常被称作δ-内毒素（δ-endotoxins）或杀虫 结晶蛋白（in-secticidal crysta1 protein，ICP）。
作用原理：
ICP通常以原毒素（protoxin）形式存 在，当昆虫取食ICP后，原毒素在昆虫的 消化道内被活化，转型为毒性多肽分子。 活化的ICP与昆虫肠道上皮细胞上的特异 性结合蛋白结合，全部或部分嵌合于细胞 膜中，使细胞膜产生一些孔道，细胞因渗 透平衡糟破坏而破裂。导致昆虫幼虫停止 进食，最终死亡。