1.3抗除草劑轉(zhuǎn)基因棉花

草害是影響棉花生產(chǎn)的主要因素之一，棉田雜草種類嚴(yán)重影響棉花的生長。除草劑和抗除草劑棉花的協(xié)同使用是棉田雜草防除的重要對策。目前，抗除草劑主要有2種策略：一是引入降解除草劑的酶或酶系統(tǒng)，在除草劑發(fā)生作用前將其分解。二是修飾除草劑作用的靶蛋白，使其對除草劑不敏感或促使其過量表達(dá)以使作物吸收除草劑后仍能正常代謝。中國科學(xué)家針對這兩種策略均做了大量研究。

1.3.1抗草甘膦

草甘膦是世界上使用最廣泛的一種非選擇性內(nèi)吸傳導(dǎo)有機(jī)膦類除草劑。其機(jī)理是競爭性抑制植株中5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPs)的活性，阻斷芳香族氨基酸的合成，造成芳香族氨基酸缺乏，導(dǎo)致植株死亡。國內(nèi)對抗草甘膦的基因進(jìn)行了大量研究，取得了很多可喜的進(jìn)展。

雷凱健等2006年從土壤總DNA中克隆到草甘膦N-乙酸轉(zhuǎn)移酶基因，并對其表達(dá)蛋白的酶學(xué)特性進(jìn)行了分析，為其在抗草甘膦轉(zhuǎn)基因作物中的應(yīng)用積累了理論依據(jù)。何鳴等通過對鼠傷寒沙門氏桿菌和大腸桿菌的EPSP合成酶基因多位點突變，克隆了突變的aroA，并使之在大腸桿菌中得到表達(dá)。趙特從嚴(yán)重草甘膦污染的土壤中分離出一株高抗草甘膦的假單胞桿菌菌株，克隆到與EPSPS同源的G6基因，將其轉(zhuǎn)化水稻進(jìn)行功能驗證，發(fā)現(xiàn)該基因具有一定的抗草甘膦活性。朱玉從長期污染草甘膦的土壤中分離到一株草甘膦高耐受性熒光假單胞菌G2菌株，從中克隆到的epsps不含國外公司專利保護(hù)的保守序列和突變位點，顯示了良好的開發(fā)應(yīng)用潛力。沙紀(jì)瑩從斯氏假單胞菌基因組文庫中克隆到一個完整的基因，能在草甘膦濃度為150mmol·L-1的M9液體培養(yǎng)基中良好生長，該基因有望成為培育高抗草甘膦轉(zhuǎn)基因作物的基因材料。劉柱從被草甘膦極度污染的土壤中分離到一株極端抗草甘膦菌HTG7，該菌株能在草甘膦濃度為900mmol·L-1的Mops限制性培養(yǎng)基上生長。從中克隆到全長1350bp、編碼EPSP合酶的基因。該EPSP合酶基因與之前報道的aroA在核苷酸水平幾乎沒有任何同源性，蛋白序列與22種已報道的微生物來源的EPSP合酶的同源性也在46%以下。并通過錯誤傾向PCR方法，找到了該EPSP合酶的關(guān)鍵活性位點，為培育具有中國自主產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因抗草甘膦作物提供的基因資源。童旭宏等從陸地棉中克隆到EPSPS，對該基因進(jìn)行了組織特異性表達(dá)分析，為抗草甘膦棉花種質(zhì)資源的創(chuàng)制提供了理論基礎(chǔ)。程海剛等從棉田間的雜草青麻中克隆到epsps，通過轉(zhuǎn)化酵母證明所獲得的epsps具有生物學(xué)功能。之后，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所郭三堆課題組將該基因轉(zhuǎn)化棉花，篩選出具有良好草甘膦抗性的棉花植株。此外郭三堆課題組還和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所林敏課題組合作，將林敏課題組從極端抗草甘膦微生物中克隆到的抗草甘膦新型EPSP合酶GR79及N-乙酰轉(zhuǎn)移酶GAT進(jìn)行了密碼子改造和基因結(jié)構(gòu)優(yōu)化，通過轉(zhuǎn)化煙草和棉花，初步驗證了抗草甘膦基因的抗性，并獲得了對草甘膦有較強(qiáng)抗性的雙價抗草甘膦轉(zhuǎn)基因棉花材料。

1.3.2抗其他除草劑

除草劑2，4-D類似植物生長素，前人從土壤細(xì)菌Alcaligeneeutrophus分離到tfda，該基因編碼的2，4-D單氧化酶能將2，4-D降解為2，4-二氧苯酚，其降解產(chǎn)物對植物的毒性比2，4-D小100倍，山西省棉花研究所陳志賢等與澳大利亞CSIRO及中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)中心合作，將tfda導(dǎo)入晉棉7號、冀合321等棉花品種，對其后代進(jìn)行田間抗藥性鑒定表明轉(zhuǎn)基因系對2，4-D的耐受性超過了大田使用濃度。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所與中國科學(xué)院上海植物生理研究所合作，將除草劑草丁膦的bar導(dǎo)入棉花主栽品種，取得了階段性成果。張磊通過精細(xì)定位，從水稻中克隆到bel，該基因可對苯達(dá)松和磺酰脲類除草劑產(chǎn)生抗性。溴苯腈是除草劑buctril的活性成分，其作用機(jī)理是抑制光合作用的電子傳遞。張金文等2006年從克雷伯氏臭鼻桿菌中克隆到編碼腈水解酶基因bxn，通過在大腸桿菌中表達(dá)，證明其可將溴苯腈降解為無毒物質(zhì)。乙酰乳酸合成酶(ALS，EC2.2.1.6)在細(xì)菌、酵母和植物中催化支鏈氨基酸的生物合成，它是磺酰脲類除草劑的作用靶標(biāo)。宋貴生等2007年從水稻中克隆了als，轉(zhuǎn)化煙草后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株和對照煙草相比其除草劑抗性高達(dá)50mg·L-1。盧宗志等2009年從雜草雨久花中克隆到als，研究表明抗藥性雨久花對除草劑芐嘧磺的抗性可能與其第197位的突變相關(guān)。

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