[发明专利]一种培育转基因抗虫水稻的方法

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种利用农杆菌介导的遗传转化技术将外源基因导入水稻受体品种从而获得转基因抗虫水稻的方法。

背景技术

水稻是最重要的粮食作物之一，是全球一半人口的主粮。全球每年种植的水稻面积超过了1.45亿公顷，我国的常年种植面积在3000万公顷左右。虫害是水稻(Oryza sativa L.)生产上水稻减产的主要原因之一。据统计，国内有记载的水稻害虫有385种，其中最主要的害虫有鳞翅目的二化螟(Chilo suppressalis)、三化螟(Tryporyza incertulas)和稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)。二化螟和三化螟主要危害水稻茎秆，在苗期和分蘖期造成枯心；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)。稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocismedinalis)则以幼虫缀丝纵卷水稻叶片成虫苞，幼虫匿居其中取食叶肉，形成白色条斑。长期以来，水稻螟虫主要通过化学农药进行防治，不但增加了生产成本，而且造成了环境污染、生态破坏和危害人体健康等问题通过大规模的筛选，目前尚未在水稻中找到有效控制虫害的抗性基因资源。因此，通过转基因技术培育抗虫水稻是解决上述问题的最有效途径。

目前在转基因抗虫水稻培育上，最成功的例子就是表达苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis，简称Bt)来源的杀虫蛋白的转基因水稻。Bt菌是一种革兰氏阳性菌，广泛存在于自然界如土壤、尘埃、水域、沙漠、植物、昆虫尸体中(贾士荣等，2001)。1901年，日本学者石渡从染病的家蚕体液中首次分离出Bt菌，并证明部分Bt对鳞翅目昆虫有杀虫活性。二十世纪50年代，人们发现Bt菌的杀虫活性与伴胞晶体有关(Hannay 1953)，并证实这种伴胞晶体由蛋白质组成(Hannay和Fitz-James，1955)。这种蛋白通常被称作δ-内毒素(δ-endotoxins)或杀虫晶体蛋白(insecticidal crystal protein，ICP)。杀虫晶体蛋白的分子量一般为130-140KD左右，其基因一般位于苏云金芽胞杆菌的质粒上。苏云金芽胞杆菌菌株通常含有不只一种杀虫晶体蛋白基因；而同种杀虫晶体蛋白基因可以在多种不同的菌株中存在。目前人们已从不同的Bt菌的亚种中分离出对不同昆虫(如鳞翅目、鞘翅目、双翅目、螨类等)和无脊椎动物(如寄生线虫、原生动物等)有特异毒杀作用的杀虫晶体蛋白。

近年来基因工程技术的不断发展，通过在转基因植物中导入并表达苏云金芽胞杆菌δ-内毒素基因培育抗虫植物成为现实。相对于传统的Bt杀虫制剂，应用表达δ-内毒素的转基因植物有优点也有缺点。表达δ-内毒素的转基因抗虫植物可以在整个生长季节提供保护，对于钻到土壤下面或茎秆里面的害虫如欧洲玉米螟(European Corn Borer，ECB)或大部分时间都是躲在花或铃里的棉铃虫(Cotton Bollworm，CBW)也更有效。但是，相对于微生物制剂，转基因作物会对害虫造成更大的选择压力，更快导致抗性害虫的产生。在实验室中，已经有抗性害虫被筛选出来了。各种策略可以被采用以延缓和阻止害虫在田间产生抗性。与合成的化学杀虫剂相比，转基因植物或微生物杀虫剂对环境的一个主要优点是其杀虫毒性的专一性，因而可以显著降低其对非靶标昆虫和其他生物的不利影响。

一些主要作物的主要害虫均在Bt蛋白毒杀的范围内，所以Bt菌及其相关技术在作物虫害的防治上具有广泛的应用前景。据估计全球范围内农业生产每年花费在杀虫剂上的费用为81亿美元，而若采用Bt相关技术则可减少约27亿美元的花费。