| 单词 | 番茄抗病毒病工程植物 |
| 释义 | 【番茄抗病毒病工程植物】 拼译：research of dicease-resistant transgenic tomato plants 番茄是茄科番茄属的一种营养丰富的浆果类蔬菜。番茄病毒病对番茄生产影响十分严重，在中国，曾造成春播番茄减产30%以上，夏播番茄个别年份绝产。培养抗病毒病品种是解决番茄病害的重要途径，但常因种内缺少抗性资源或抗性资源转移困难而受到限制。如果能用遗传工程方法培育抗病品种，对番茄生产无疑将起到变革性的作用。番茄抗病毒病工程植物就是利用DNA重组技术、重组基因转移技术和组织培养技术，将特定的抗病毒病基因导入番茄，使其获得抗病性并能稳定遗传的番茄植物。1986年，美国首次获得了抗烟草花叶病毒的烟草和番茄工程植株，从此开辟了番茄抗病育种的新途径，使植物基因工程的研究和应用取得了突破性的进展。 利用基因工程技术培育抗病毒病品种，首先要查明相关的那种病的病原菌的致病力及宿主范围，进而要了解病原微生物侵染作物的途径及作物抗病的机理，为此对致病病毒的遗传结构和功能必须有所了解，从而确定可以产生抗病性的基因。目前用于植物抗病毒病工程植物构建的基因主要有多种病毒的外壳蛋白基因(CP)；某些病毒的卫星RNA(SatRNA)RNA和反定义(anti RNA)。这些RNA基因要反转录成互补DNA(cDNA)，再和适当的调控系统(启动子等)连结，组成同嵌合基因才能应用。有了目的基因，还要解决如何将目的基因转移技术；另一类是DNA的直接导入法，其中以聚乙二醇法和电激法最为常用。转化后的细胞或组织还要根据植物的全能性经组织培养获得再生植株。最后还要对转基因植物是否已导入外源基因进行鉴定，再接种病毒进行抗性检查。关于番茄病毒病毒原的种类，国内外研究报道有20多种病毒。其中最主要的是烟草花叶病毒(TMV)、黄瓜花叶病毒(CMV)，其次是番茄花叶病毒(ToMV)、马铃薯X病毒(PVX)、马铃薯Y病毒(PVY)、苜蓿花叶美丽(ALMV)等。这些病毒多为RNA病毒，有广泛的寄主范围，除番茄外还可寄生在烟草、黄瓜、马铃薯等植物中。从1892年首次发现TMV以来，人们对这些病毒的结构和功能都有了较深入的了解，这对抗病机理的确立及抗病基因的选择起了重要作用。在组织和原生质体培养方面，烟草因为再生能力强而成为模式植物。而番茄是仅次于烟草的另一个良好的材料，有关番茄的组织和原生质体培养技术已经成熟，鉴于上述各项研究工作的积累，80年代初，当农杆菌转化植物细胞系统完善之后，烟草和番茄的抗病毒病基因工程植物率先被推出。在抗病植物基因工程研究中，将植物病毒外壳蛋白基因导入植物，从而使植物产生抗病性的方法应用的最为广泛。首例研究工作是由华盛顿大学R．N．Beach实验室与孟山都公司于1986年使用完成的。P．A．Patricia等人把TMV-U株系的RNA基因组中编码CP的核甙酸顺序(3’端5708－6395位硷基)反转录成cDNA，再把cDNA插到有花椰菜病毒(CAMV)35S启动子和胭脂碱合成酶(NOS)3’——非翻译区的中间载体上，然后把这一中间载体引入土壤农杆菌中，再用叶圆盘法转化烟草和番茄，通过组织培养获得转基因的烟草和番茄植析，经过鉴定转基因的烟草和番茄高水平地表达了TMV的外壳蛋白基因并能稳定的遗传。S．N．Richard等人的大田实验结果显示：对番茄植株人工接种病毒后，对照株发病率为99%，产量减少26%～35%，而转囝因的植株发病率只有5%，产量与不接种植株比没有明显的差别。这一结果是令人鼓舞的，它显示了用转移植物病毒的CP基因到高等植物中使植物获得抗病性是有效的。1987年，这个研究组的N．E．Tumer等又克隆了在形态、基因组结构、基因表达方式、病毒复制早期步骤各方面都与TMV不同的ALMV的外壳蛋白嵌合基因，通过Ti衍生质粒转到烟草和番茄中去，对转基因植物自花受粉的后代用苜蓿花叶病毒接种结果表明也可以推迟病症的发展或完全避免感染。1987、1989年N．E．Tumer和E．J．Anderson的实验还证明，表达了TMV-UI外壳基白和ALMV外壳蛋白的转基因烟草和番茄，对同种病毒的其他株系(TMV-Co)和低剂量的其他种病毒CMV、ToMV、PVX、PVY等可以产生交叉保护性而抵抗这些病毒的侵染。这在生产上将是十分有意义的。CMV是侵染番茄的另一重要病毒，同时它的寄主范围很广，因此开展CMV病害防治非常重要。CMV结构比TMV复杂，进行遗传操作比较困难，直到1991年，美国Upjohn公司和康耐尔大学的H．D．Quemada等才获得了CMV-C外壳蛋白转基因烟草。中国科学院微生物研究所方荣祥等人于1990年构建了能同时表达TMV和CMV外壳蛋白的双价中间载体，用农杆菌感染烟草Nc89品种后，通过对TMV-CMV外壳蛋白基因表达的检测及攻毒实验，已筛选出具有双价抗性的烟草植株，目前正在做转化番茄的实验。除了用病毒的外壳蛋白基因构建抗病毒病工程植物外，一些病毒的卫星RNA也被利用。据1986年英国Bauicowbe和1987年澳大利亚W．L．Geriach等人报道，卫星RNA是存在于某些RNA病毒中的小片段RNA，它与病毒基因组RNA没有同源性，但可以干扰病毒基因组的复制，使植物表现出抵抗相应病毒的能力。利用卫星RNA构建番茄抗病毒病工程植物，我国处于领先地位。中国科学院微生物研究所赵淑珍等人首次完成了CMV卫星RNA－1单体的和双体的cDNA克隆，引入农杆菌后，感染番茄品种丽春获得了转基因番茄，第1代在生产上表现了对CMV的抗性；第2代表现为抗与不抗植株分离比例为3∶1；经选择的第3代转基因番茄植株都具有抗性，因而获得遗传稳定的抗CMV的纯化植株。尽管从第1株抗病毒病番茄植株诞生到现在还不到10年时间，但人们已经充分看到它在番茄抗病育种方面的巨大潜力。今后这一研究的热点将集中在：(1)对现在已建立的番茄抗病毒病工程植株做进一步鉴定，使其尽快实现商品化生产。预计1995年世界上将有番茄抗病毒病工程植物的种子投放市场。(2)进一步研究番茄抗染病机理，寻找新的抗病基因，开创新的抗病工程植物构建途径。为此，以下研究应引起重视：(1)在利用外壳蛋白基因方面：目前还有PVX、PVY、大豆花叶病毒(SMV)、烟草脆裂互病(TRV)等转化烟草或其他作物成功的例子。根据这些病毒寄生范围的广泛性及交叉保护原理，用这些已克隆的基因转化番茄，有可能在更广泛的范围内解决番茄的抗病问题。(2)美国C．Maria等人利用反交RNA已获得抗CMV、PVX的转烟草植株，这一技术也可在番茄上应用。(3)1991年，荷兰J．L．Gielen等人报导了用番茄斑萎病毒(TSWV)负链RNA(Negative-Strand RNA)cDNA克隆的战略获得了对TSWV有抗性的转烟草植物，这对探讨其它负链RNA克隆感染植物，从而获得对病毒病的抗性是有益的。④哈尔滨师范大学生物系在研究叶绿体与番茄抗染病的关系时，首次发现感染CMV的番茄叶绿体类囊体膜蛋白多一条分子量为26000蛋白带，还发现番茄抗TMV品种，叶绿体DNA BamH Ⅰ、EcoRI、Hind Ⅲ3种限制性内切酶酶切图谱存在差异，并对BamH Ⅰ差异片段进行了克隆。这对深入研究番茄抗染病机理将是十分有意义的。用差异片段的克隆转化番茄有可能获得抗病植株。【参考文献】：1 Patricia P A，et al．Science，1986，232：738～7432 N E Tumer，et al．EMBO J．1987，6(5)：1181～11883 Richard S N，et al．Bio／technology．1988，6：403～4094 Anderson E J，et al．Phytopoathology．1989，79(11)：1284～12905 方荣祥，等．科学通报，1990，1：1358～1359．6 赵淑珍，等．中国科学(B辑)，1990，7：708～713．(哈尔滨师范大学黄永芬副教授撰；汪清胤审) |
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