[發明專利]一種培育轉基因抗蟲水稻的方法

在審

• 申請號: 201310129273.1
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN104099367A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 林擁軍;陳浩
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;C12N15/11;C12Q1/68;A01H5/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 張紅兵

技術領域

本發明屬于植物基因工程技術領域，具體涉及一種利用農桿菌介導的遺傳轉化技術將外源基因導入水稻受體品種從而獲得轉基因抗蟲水稻的方法。

背景技術

水稻是最重要的糧食作物之一，是全球一半人口的主糧。全球每年種植的水稻面積超過了1.45億公頃，我國的常年種植面積在3000萬公頃左右。蟲害是水稻(Oryza?sativa?L.)生產上水稻減產的主要原因之一。據統計，國內有記載的水稻害蟲有385種，其中最主要的害蟲有鱗翅目的二化螟(Chilo?suppressalis)、三化螟(Tryporyza?incertulas)和稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocis?medinalis)。二化螟和三化螟主要危害水稻莖稈，在苗期和分蘗期造成枯心；在孕穗初期侵入，造成枯孕穗；在孕穗末期和抽穗初期侵入，造成白穗(Pathak?1977)。稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocismedinalis)則以幼蟲綴絲縱卷水稻葉片成蟲苞，幼蟲匿居其中取食葉肉，形成白色條斑。長期以來，水稻螟蟲主要通過化學農藥進行防治，不但增加了生產成本，而且造成了環境污染、生態破壞和危害人體健康等問題通過大規模的篩選，目前尚未在水稻中找到有效控制蟲害的抗性基因資源。因此，通過轉基因技術培育抗蟲水稻是解決上述問題的最有效途徑。

目前在轉基因抗蟲水稻培育上，最成功的例子就是表達蘇云金芽胞桿菌(Bacillus?thuringiensis，簡稱Bt)來源的殺蟲蛋白的轉基因水稻。Bt菌是一種革蘭氏陽性菌，廣泛存在于自然界如土壤、塵埃、水域、沙漠、植物、昆蟲尸體中(賈士榮等，2001)。1901年，日本學者石渡從染病的家蠶體液中首次分離出Bt菌，并證明部分Bt對鱗翅目昆蟲有殺蟲活性。二十世紀50年代，人們發現Bt菌的殺蟲活性與伴胞晶體有關(Hannay?1953)，并證實這種伴胞晶體由蛋白質組成(Hannay和Fitz-James，1955)。這種蛋白通常被稱作δ-內毒素(δ-endotoxins)或殺蟲晶體蛋白(insecticidal?crystal?protein，ICP)。殺蟲晶體蛋白的分子量一般為130-140KD左右，其基因一般位于蘇云金芽胞桿菌的質粒上。蘇云金芽胞桿菌菌株通常含有不只一種殺蟲晶體蛋白基因；而同種殺蟲晶體蛋白基因可以在多種不同的菌株中存在。目前人們已從不同的Bt菌的亞種中分離出對不同昆蟲(如鱗翅目、鞘翅目、雙翅目、螨類等)和無脊椎動物(如寄生線蟲、原生動物等)有特異毒殺作用的殺蟲晶體蛋白。

近年來基因工程技術的不斷發展，通過在轉基因植物中導入并表達蘇云金芽胞桿菌δ-內毒素基因培育抗蟲植物成為現實。相對于傳統的Bt殺蟲制劑，應用表達δ-內毒素的轉基因植物有優點也有缺點。表達δ-內毒素的轉基因抗蟲植物可以在整個生長季節提供保護，對于鉆到土壤下面或莖稈里面的害蟲如歐洲玉米螟(European?Corn?Borer，ECB)或大部分時間都是躲在花或鈴里的棉鈴蟲(Cotton?Bollworm，CBW)也更有效。但是，相對于微生物制劑，轉基因作物會對害蟲造成更大的選擇壓力，更快導致抗性害蟲的產生。在實驗室中，已經有抗性害蟲被篩選出來了。各種策略可以被采用以延緩和阻止害蟲在田間產生抗性。與合成的化學殺蟲劑相比，轉基因植物或微生物殺蟲劑對環境的一個主要優點是其殺蟲毒性的專一性，因而可以顯著降低其對非靶標昆蟲和其他生物的不利影響。

一些主要作物的主要害蟲均在Bt蛋白毒殺的范圍內，所以Bt菌及其相關技術在作物蟲害的防治上具有廣泛的應用前景。據估計全球范圍內農業生產每年花費在殺蟲劑上的費用為81億美元，而若采用Bt相關技術則可減少約27億美元的花費。