[发明专利]转基因作物的抗性治理策略

说明书

相关申请

本申请要求2006年12月22日提交的美国临时申请系列号60/871,671的优先权，该临时申请的内容通过引用整体并入本文。

发明领域

本发明涉及在抗害虫作物的田地中治理抗性的方法。

发明背景

昆虫、线虫和相关的节肢动物每年在美国估计破坏15％的农作物，而在发展中国家破坏的比例更高。单单在美国，这些害虫每年造成的作物损害就超过1000亿美元。另外，与杂草及寄生性和腐生性植物的竞争也造成更多的潜在产量损失。

这种损害有些是当植物病原体、昆虫和其他此类土传害虫(soilborne pest)在种子种植后攻击种子时在土壤中发生的。例如在玉米的生产中，大部分的损害是由根虫(rootworm)(啃食或以别的方式损害植物的根的害虫)和由切根虫(cutworm)、欧洲玉米螟和其他啃食或损害植物的地上部分的害虫造成的。有关害虫攻击农作物的类型和机制的一般描述例如在以下文献中提供：Metcalf(1962)，Destructive andUseful Insects，4th ed.(McGraw-Hill Book Co.，NY)和Agrios(1988)，Plant Pathology，3d ed.(Academic Press，NY)。

在与害虫进行的季节性斗争中，农场主们必须施用几十亿加仑的合成杀虫剂来抗击这些害虫。但是，合成杀虫剂会造成许多问题。它们昂贵，单单美国农场主每年就差不多花掉80亿美元。它们促使抗杀虫剂害虫的出现，而且它们会损害环境。

由于关注到杀虫剂对公众健康和环境健全的影响，人们已作出了极大的努力来寻找减少化学杀虫剂使用量的方法。最近，这个努力在很大程度上集中在开发经工程改造能表达衍自微生物的昆虫毒物的转基因作物。例如，Estruch等人的5,877,012号美国专利公开了将来自诸如芽孢杆菌属(Bacillus)、假单胞杆菌属(Pseudomonas)、棒形杆菌属(Clavibacter)和根瘤菌属(Rhizobium)的微生物的蛋白质克隆到植物中并在植物中表达，以获得对诸如小地老虎(black cutworm)、行军虫、几种钻心虫(borer)的害虫和其他昆虫害虫有抗性的转基因植物。Privalle等人的PCT出版物WO/EP97/07089教导了用编码过氧化物酶的重组DNA序列转化单子叶植物如玉米，以保护植物免遭玉米螟、穗虫(earworm)和切根虫的啃食。Jansens等人(1997)Crop Sci.，37(5)：1616-1624报道了含有编码苏云金杆菌(Bacillusthuringiensis，Bt)结晶蛋白的基因的转基因玉米的产生，该玉米控制了两代的欧洲玉米螟(ECB)。Koziel等人的5,625,136号和5,859,336号美国专利报道说，用来自Bt的δ-内毒素编码基因转化玉米产生了ECB抗性得到改进的转基因玉米。Armstrong et al.，in Crop Science，35(2)：550-557(1995)提供了表达Bt杀昆虫蛋白的转基因玉米的田地试验综合报告。

对环境友好的害虫控制方法是使用衍自Bt这种土壤细菌的杀虫晶体蛋白，这种蛋白常称为“Cry蛋白”或“Cry肽”。Cry蛋白是球状蛋白质分子，在Bt孢子形成阶段的后期以结晶形式作为前毒素(protoxin)积累。晶体被害虫吞食后，在幼虫的碱性中肠环境中溶解释放出前毒素。前毒素(～130kDa)被肠道蛋白酶转化成毒性片段(～66kDa N末端区域)。许多这些蛋白质对特定的目标昆虫毒性很大，但对植物和其他非目标生物无害。已使一些Cry蛋白在作物中进行重组表达，以提供抗害虫转基因植物。在这些植物当中，Bt转基因棉花和玉米已得到广泛种植。

有很多Cry蛋白已得到分离、表征和根据氨基酸序列同源性进行了分类(Crickmore et al.，1998，Microbiol.Mol.Biol.Rev.，62：807-813)。这个分类方案为新发现的Cry蛋白的命名和归类提供了系统性机制。Cry1分类法是已知最好的分类法，包含的cry基因数目最多，目前总数超过130个。