引言
植物病害给人类带来严重的危害,因而人类与植物病害的斗争贯穿于农业的发展与进步之中。兴起于20世纪初期的经典遗传学使人们能够通过杂交育种成功地培育出新抗病品种,大幅度地提高粮食产量。近年来,分子生物学理论和技术的不断发展完善,使人们不但能够从分子水平上进一步研究植物与病原菌的相互作用机制,而且还可以通过基因工程这一现代生物技术直接、快速和高效地培育抗病作物品种。
1 植物抗病基因工程的原理
植物抗病基因工程指的是用基因工程(遗传转化)的手段提高植物的抗病能力,获得转基因植物的方法。植物抗病基因工程主要包括以下内容:抗病及其他相关基因的分离和克隆;与合适的载体及标记基因构成适于转化的重组质粒;用不同的转化方法向受体植物导人重组质粒;筛选转化子并鉴定转基因植株。此外,还有一种可以获得抗病转基因植物的方法是将具有抗病能力的植物或微生物的 DNA 直接导入受体植物,从后代中筛选具有抗病能力的个体,经过稳定得到转基因抗病植株。
2 利用基因沉默技术培育抗病作物
据美国加利福尼亚大学戴维斯分校 (UC Davis) 的科学家宣称,利用“基因沉默”技术,可以培育抗细菌病害的作物品种,使很多种多年生果树和坚果树包括核桃、苹果和葡萄等,免于催患细菌性根癌病。UC Davis 果树学系的科学家 Abhaya Dankekar 和 Matthew EsCovbar 发现,“基因沉默技术可用于抑制细菌性根癌病时的肿瘤形成”。果树基因工程权威 Dandeka :教授说:“基因沉默是当前植物科学中最吸引人的技术之一。”细菌性根癌病是由常见的土壤细菌根癌土壤杆菌(根癌农杆菌) (Agrobacterium tume faciens) 引起的。这种细菌具有通过水平基因转移过程,将其自身的 DNA 转移于其所感染的植物的 DNA 的独特能力。通过这种特殊的寄生方式,根癌土壤杆菌可使受感染的植物形成根癌。科学家们用番茄和拟南芥为实验材料。通过中断或抑制目标基因的活性,达到“基因沉默”。选定的目标是两种可导致植物生长激素过度产生的细菌基因,因为植物生长激素的过度产生,可导致细胞无控制地增殖和根癌形成。
利用“基因沉默”技术育成的基因工程植物,虽可被根癌土壤杆菌感染,但不会产生导致根癌形成的激素。已证明,与对照比较,基因工程番茄和拟南芥植株中根癌的形成减少了90%以上。但这些基因工程植物,除了不会产生根癌外,其他方面与其非转基因对照完全相同。“基因沉默”技术可用于利用砧木进行嫁接的果树。