抗同翅目昆虫的相关基因及其转基因抗虫植物研究进展

植物抗虫基因工程为控制害虫的危害提供了新的途径。目前,对同翅目害虫具抗虫活性的基因有三种来源,(1)植物:如植物凝集素基因、番茄抗线虫基因Mi等;(2)微生物:如异戊烯转移酶抗性基因;(3)动物:如来自一些昆虫的蛋白酶抑制素基因。其中一些基因已被成功地转入植物体内,并且获得的转基因抗虫植物对同翅目害虫的生长、发育、繁殖能力等方面都具有一定的抑制作用,表现出这些抗虫基因在防治这类害虫中的应用潜力。雪花莲凝集素可通过人工饲料或转基因作物进入昆虫体内,并通过营养级传递于天敌,进而对天敌造成直接或间接的影响。     

RNA沉默转基因技术在植物抗病虫害研究中的作用

RNA沉默技术由于其简便、高效及高特异性在各种模式和非模式生物系统中得到了广泛的应用。植物转基因技术是将植物、动物或微生物中分离到的目的基因,通过各种手段整合到植物基因组上,使其稳定遗传并赋予植物新的优良性状的生物技术。RNA沉默在植物转基因工程领域的研究十分广泛,目前已经成功研究培育出许多抗病毒、抗虫转基因植物,为农业病虫害的防控提供了新的思路和方法。本文重点综述了近年来植物转基因介导RNA沉默在抗虫与抗病毒研究方面的进展,加深人们对转基因植物抗虫与抗病毒研究的认识。     

有关转基因植物农药的安全问题

转基因植物农药是指利用分子生物学和基因工程技术将外派目标基因插入受体植物的基因组，使其遗传组成改变；以达到防浪病、虫、草、鼠害目的而产生的植物农药产品。在美国这种农药被称为“pjantpesti－”，这与一般意义的生物农药是有区别的。为完善基因工程工作的安全管理，国家科委于1993年颁发了（基因工程安全管理办法》，农业部又针对我国农业生物基因工程领域的研究和开发，于1996年制订了（农业生物基因工程安全管理实施办法》。转基因植物农药的安全性问题还涉及到昆虫抗性的控制等一系列问题。历史上，常规育种技术在提高作物抗虫…     

新技术在植物医学上的应用

当前，生物工程技术、电算技术、遥感、辐射技术等，在植物医学上的应用日益广泛，成效显著，发展前景广阔，现综述如下。一、基因工程技术选育抗性品种利用基因工程技术将外源抗性基因导入作物，可育成抗性品种。美国赛特斯公司用抗虫基因导入柯字棉，育成世界上首例抗虫...     

抗虫棉研究的进展、问题与对策

抗虫棉分常规抗虫品种和外源转基因抗虫品种两大类。常规抗虫棉主要包括形态抗性和生化抗性;转基因抗虫棉最常用的外源基因有Bt基因和某些蛋白酶抑制剂PI基因如豇豆胰蛋白酶抑制基因CpTI和慈菇蛋白酶抑制基因API等。目前,国内外已成功地培育出多种转基因单价棉和双价棉,如转各种Bt基因的单价棉、Bt/CpTI、Bt/API、Bt/SKTI等双价棉。培育兼具形态或生化抗性和外源基因抗性的抗虫品系是目前抗虫棉研究的主攻目标之一。常规抗虫育种不能从根本上解决棉花的抗虫性问题,而转基因抗虫棉又存在着抗虫的时空性、持久性、抗虫范围、棉田昆虫群落的稳定性及安全性等问题。文章综述了国内外抗虫棉研究的进展和存在的问题,并提出了解决这些问题的对策和建议。     

蛋白酶抑制剂在害虫防治中的研究与应用

蛋白酶抑制剂是一种抑制蛋白酶分解活性的蛋白质,对许多昆虫的生长发育有明显的抑制作用。蛋白酶抑制剂扰乱昆虫正常代谢,最终导致昆虫发育不正常甚至死亡,在害虫防治中有良好的应用前景。本文分别对蛋白酶抑制剂种类、分布及抗虫性进行了介绍,同时探讨了蛋白酶抑制剂的基因转化及应用前景。     

蛋白酶抑制剂基因真空渗入法转化不结球白菜获得抗虫性材料

菜青虫及小菜蛾是危害白菜生产的主要害虫，为了获得新的抗虫白菜种质，以生长45天、花苔抽出时的“49菜心”Brassica rapa ssp．chinensis var．utilis Tsen et Lee为材料，通过根癌农杆菌介导的真空渗入法，将马铃薯蛋白酶抑制剂基因（pin Ⅱ）导入该植物基因组中。在142株处理株的后代种子中，采用除草剂Basta筛选，获得41株生长良好的抗性植株。经氯酚红试验、PCR以及植物基因组Southern杂交鉴定，证实目的基因已经整合入植物基因组中。对小菜蛾Plutella xylostella L．进行了转基因材料离体叶片的连续饲喂，调查了自1龄幼虫至化蛹、羽化的动态变化。结果表明。受试的转基因植株对小菜蛾的生长发育有明显的抑制作用。     

抗性基因工程在植物医学上的应用

采用基因工程技术 ,将外源抗性基因导入作物 ,育成抗性品种 ,抵抗病虫草害 ,减少农药用量 ,防止环境污染 ,促进农业可持续发展成效显著 ,前景广阔。目前 ,全世界已获得转基因植物１２０类３０００多种 ,面积４０００多万ｈｍ２ ,美国转基因棉占５０ % ,转基因大豆占３０ % ,转基因玉米占２５ %。我国已获得转基因作物４７类１０３种 ,其中抗病虫草害基因６２种（抗病毒３３种、抗细菌８种、抗真菌７种、抗虫１１种、抗除草剂３种）。一、抗虫转基因作物目前 ,抗虫基因工程有两类 :一类是Ｂｔ 杀虫蛋白基因 ,来自苏云金杆菌 ,杀虫毒性为伴孢…     

植物蛋白酶抑制剂的抗虫性研究进展

蛋白酶抑制剂(protease inhibitors,PIs)是一种小分子多肽或蛋白质,广泛存在于植物组织中。植物蛋白酶抑制剂可调控昆虫内源性蛋白酶活性,参与细胞程序性死亡等生理过程;能进入昆虫消化道,抑制蛋白酶水解活性,干扰昆虫正常生长发育,从而有助于相关植物抵御昆虫为害。相关研究虽然很多,但不少基本问题仍需要进一步深入探讨,如昆虫识别食物中PIs的模式和策略、昆虫防御PIs涉及的关键基因和相关机制调控元件等。对于刺吸式口器昆虫如蚜虫,寄主植物蛋白酶抑制剂的抗虫性除了抑制蛋白酶的水解活性,也表现在对其免疫系统和繁殖能力的调节功能上,但其作用涉及的独特生理生化机制目前仍不清楚。随着分子生物学和组学技术的快速发展,快速筛选新型、高效蛋白酶抑制剂已成为可能,这些新型、高效PIs与转基因技术、纳米技术、RNA干扰等新技术的结合使用,将在各种害虫包括蚜虫等刺吸式害虫的绿色防控中具有重要价值和广泛应用前景。本文综述了植物蛋白酶抑制剂近年来的研究进展,探讨了植物蛋白酶抑制剂的生理功能、昆虫的适应机制以及在蚜虫防治方面的最新研究成果,并展望了蛋白酶抑制剂研究的未来发展趋势及在害虫绿色防治方面的应用前景。     

害虫对转Bt基因植物抗性的治理策略

转Bt基因植物在害虫综合防治中发挥着重要作用。但是害虫对转Bt基因植物可以产生抗性，从而影响其对害虫的防治效果和应用价值。通过制订合理的抗性治理策略可以使害虫对转Bt基因植物的抗性得到延缓和克服，在论述了转Bt基因抗虫植物的研究和应用现状的基础上，从IPM理论和生态学角度，就害虫对转Bt基因植物的抗性治理中的多毒素策略，高表达/低表达策略、避难区策略、特异性/诱导性表达策略以及其他可并用的防治手段进行了评价。     

植物病害生防芽孢杆菌抗菌机制与遗传改良研究

 芽孢杆菌是土壤和植物微生态的优势微生物种群,具有很强的抗逆能力和抗菌防病作用,许多性状优良的天然分离株已成功地应用于植物病害生物防治。芽孢杆菌抗菌防病机制包括竞争作用、拮抗作用和诱导植物抗病性。其中,核糖体合成的细菌素、几丁质酶和葡聚糖酶等抗菌蛋白以及次生代谢产生的抗生素与挥发性抗菌物质产生的拮抗作用是生防细菌最主要的抗菌机制。通过现代生物技术提高抗菌基因的表达水平和实现外源杀虫或抗菌基因的高效稳定共表达是增强生防芽孢杆菌抗菌活性和扩大防治对象的重要途径。基因组和蛋白组研究的迅猛发展必将极大地促进芽孢杆菌抗菌分子机制和抗菌基因工程研究的深入发展和广泛应用。     

Plant and insect virus-like particles: emerging nanoparticles for agricultural pest management

Virus-like particles (VLPs) represent a biodegradable, biocompatible nanomaterial made from viral coat proteins that can improve the delivery of antigens, drugs, nucleic acids, and other substances, with most applications in human and veterinary medicine. Regarding agricultural viruses, many insect and plant virus coat proteins have been shown to assemble into VLPs accurately. In addition, some plant virus-based VLPs have been used in medical studies. However, to our knowledge, the potential application of plant/insect virus-based VLPs in agriculture remains largely underexplored. This review focuses on why and how to engineer coat proteins of plant/insect viruses as functionalized VLPs, and how to exploit VLPs in agricultural pest control. The first part of the review describes four different engineering strategies for loading cargo at the inner or the outer surface of VLPs depending on the type of cargo and purpose. Second, the literature on plant and insect viruses the coat proteins of which have been confirmed to self-assemble into VLPs is reviewed. These VLPs are good candidates for developing VLP-based agricultural pest control strategies. Lastly, the concepts of plant/insect virus-based VLPs for delivering insecticidal and antiviral components (e.g., double-stranded RNA, peptides, and chemicals) are discussed, which provides future prospects of VLP application in agricultural pest control. In addition, some concerns are raised about VLP production on a large scale and the short-term resistance of hosts to VLP uptake. Overall, this review is expected to stimulate interest and research exploring plant/insect virus-based VLP applications in agricultural pest management. © 2023 Society of Chemical Industry.     

苏云金芽胞杆菌——开放的基因组与多种功能

苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(Bt)作为微生物杀虫剂,被广泛应用于农业、林业和卫生害虫的防治;而利用Bt杀虫基因研制的转基因植物,也在全球植物害虫防治中发挥了重要作用。近年来,随着科学技术的发展与社会需求的拓展,Bt新的功能被不断发掘出来。这些新的功能包括抗线虫、抗病杀菌、促进植物生长、环境修复等。本文从Bt的泛基因组结构及其遗传学特性分析入手,在详细介绍了近来Bt杀虫基因发掘进展的同时,分析了泛基因组与Bt新的功能之间可能存在的关系,旨在为我国Bt资源的研究与应用提供参考。     

Potential for exploiting plant genes to genetically engineer insect resistance,exemplified by the cowpea trypsin inhibitor gene

Over the 400 million or so years of their co-evolution, plants have evolved some highly effective strategies to combat herbivorous insects. Amongst these natural defence mechanisms are some which depend on a primary gene product for effect. These are currently suitable for producing insect-resistant, transgenic crop plants by genetic engineering. One such mechanism involves the protease inhibitors from cowpea (Vigna unguiculata), which are anti-metabolic to a wide range of insects. Cowpea trypsin inhibitor (CpTI) genes have been cloned and transferred to tobacco plants. Those transgenic tobacco plants which express physiological levels of CpTI have enhanced resistance to a wide range of insect pests. The insecticidal characteristics of these plants compare favourably with those of transgenic plants expressing the B. thuringiensis endotoxin gene. Some possible advantages of, and prospects for, using plant-derived ‘insect-resistance’ genes in this way are discussed.     

生物技术在植物性杀虫剂研究开发中的应用

植物性杀虫剂是与环境有较高和谐度的害虫控制制，但研究开发进程缓慢。生物技术将是二十一世纪的主导技术，是解决人类面临的诸多问题的有力武器。利用基因工程技术对杀虫植物进行遗传改良以提高植物性杀虫剂的含量。应用植物细胞培养技术对高效杀虫植物加大繁殖力度以及对杀虫植物进行器官、细胞大规律发酵培养，从而解决植物性杀虫剂的来源问题。利用昆虫细胞培养技术可以加快有效杀虫植物的初筛和 植物性杀虫剂的抗性预报等。可见，生物技术与植物性杀虫剂研究的有机结合，必将使这门学科更好、更快地向前发展。     

Evolutionary analysis of herbivorous insects in natural and agricultural environments

Herbivorous insects offer a remarkable example of the biological diversity that formed the foundation for Darwin's theory of evolution by natural selection. The ability of insects to evolve resistance rapidly to insecticides and host‐plant resistance present a continual challenge for pest management. This paper considers the manner in which genetic constraints, host‐plant availability and trade‐offs affect the evolution of herbivorous insects in natural and agricultural environments, and the extent to which lessons learned from studying natural systems may be applied to improve insect resistance management in agricultural systems. Studies on the genetic architecture of adaptation by herbivores to host plants and to insecticides are reviewed. The genetic basis of resistance is an important component of simulation models that predict the evolution of resistance. These models often assume monogenic resistance, but available data suggest that this assumption may be overly narrow and that modeling of resistance as oligogenic or polygenic may be more appropriate. As omics (e.g. genomics and proteomics) technologies become more accessible, a better understanding of the genetic basis of resistance will be possible. Trade‐offs often accompany adaptations by herbivores. Trade‐offs arise when the benefit of a trait, such as the ability to feed on a novel host plant or to survive in the presence of an insecticide, is counterbalanced by fitness costs that decrease fitness in the absence of the selective agent. For resistance to insecticides, and resistance to insecticidal transgenic crops in particular, fitness costs may act as an evolutionary constraint and delay or prevent the evolution of resistance. An important observation is that certain ecological factors such as host plants and entomopathogens can magnify fitness costs, which is termed ecological negative cross‐resistance. The application of omics technologies may allow for more efficient identification of factors that will impose ecological negative cross‐resistance, thereby bolstering insect resistance management. Copyright © 2009 Society of Chemical Industry     

植物源抗蚜活性物质的研究进展

蚜虫是重要的经济害虫之一,植物源抗蚜活性物质和基因工程技术可用于延缓蚜虫抗药性并实施蚜虫的生态治理新策略。综述了植物源抗蚜活性物质的主要类型和抗蚜物质的转基因研究的概况,并简述了植物源抗蚜活性物质的发展前景。     

害虫遗传学控制策略与进展

随着分子生物学和基因工程技术的发展,利用遗传学方法控制害虫种群成为人们研究的热点之一。研究者已经尝试利用基因突变、转基因和雄性不育等遗传学技术,培育遗传改造的害虫品系,释放后来控制自然界害虫的种群密度。但由于这些遗传学方法本身存在局限性,研究者开始探索利用低毒高效的荧光纳米材料基因载体携带外源核酸或农药分子进入昆虫或植物细胞从而干扰害虫的发育或行为的新策略。本文综述了害虫遗传学控制的2大策略种群替代和种群抑制的实现方法及其研究进展,并提出了利用新型荧光纳米粒子传送基因或药物的害虫遗传学控制新策略。     

含双病原物诱导启动子植物安全表达载体的构建

 本研究用来自烟草的具有高度病原物特异性的两个诱导启动子EAS4和hsr203J,串联驱动GUS基因的表达,同时考虑到转基因植物的安全性,引入双边界序列,构建了含双病原物诱导启动子的植物安全表达载体。将表达载体转化烟草获得转基因植株。分析显示,在正常生长情况下转基因烟草检测不到GUS活性,或活性极低;而受疫霉激发子parasiticein、Phytophthora nicotianea[0]的孢子悬浮液和Ralstonia solanacarum的菌悬液诱导后,转基因烟草叶片中可检测到明显的GUS活性。结果表明,构建的植物表达载体所含双病原物诱导启动子均具有良好的诱导活性,可用于植物遗传转化。     

转Bt基因抗虫作物对非靶标生物的影响

迄今为止,已经获得了大量的抗虫转Bt基因作物。尽管这些作物中表达的Bt蛋白只是针对靶标害虫起到杀虫效果,但是抗虫转Bt基因作物是否会对非靶标生物产生影响一直存在争议。本文就抗虫转Bt基因作物对节肢动物群落、非靶标植食性昆虫、天敌和有益昆虫的影响进行了综述。综合评价认为,现有的抗虫转Bt基因作物对非靶标生物是安全的。