[发明专利]抗害虫植物

说明书

技术领域

本发明，在其一些实施方式中，涉及抗害虫植物（pest-resistant plants）以及产生抗害虫植物的方法。

背景技术

通过在植物组织上觅食和通过传染微生物和病毒病，害虫是造成大规模产量损失的原因。杀虫剂和组合物已被开发用来控制虫害如农业园艺害虫、卫生害虫、或木材为食的害虫，并且在实践中已用作单剂或混合剂。

然而，认为，即使在化学防除的情况下，由于害虫攻击，在田地里每年也损失约十亿美元。自从在20世纪40年代引入DDT，已几乎完全由有限数目的广谱的化学杀虫剂来控制虫害，其已导致在若干重要害虫群中抗性种群的发展。化学杀虫剂的滥用和任意使用是造成天敌的环境和生态破坏以及数百万鸟类和鱼类连同虫害一起死亡的原因。另外，存在强有力的流行病学和实验证据，其表明，癌症、帕金森病和其它神经障碍的发生与杀虫剂暴露有关。因此，在这个时候重要的是，确定和表征具有杀虫活性的新化合物。

蜘蛛毒液包含大量的生物活性物质，其中的一些是毒素。它们被认为是杀虫化合物的丰富来源，这是因为蜘蛛毒液的主要作用是通过靶向这些生物体的神经系统而杀死或麻痹节肢动物猎物。一些蜘蛛毒素仅在昆虫中起作用的特异性具有用作生物杀虫剂的巨大潜力。在澳大利亚漏斗网蜘蛛（漏斗网蜘蛛（Hadronyche versuta））的毒液中发现的x-ACTX-Hv1a毒素（Hvt）是昆虫特异性钙通道拮抗剂（Norton RS,Toxicon,1998,36,1573–83）。该肽对于鞘翅目、鳞翅目和双翅目的广泛的农业上重要的节肢动物是毒性的并且已报道对许多哺乳动物没有影响（Norton RS,Toxicon,1998,36,1573–83）。最近，已克隆活性重组蜘蛛毒素并表达在原核（Fitches E.et al.,Insect.Biochem.Mol.Biol.,2002,32,1653-61,Khan et al.,Transgenic Res.,2006,15,349-57）和真核系统（Fitches E.et al.,Insect.Biochem.Mol.Biol.,2002,32,1653-61）中，以及表达蜘蛛杀虫肽的转基因植物耐昆虫侵袭（Khan et al.,Transgenic Res.,2006,15,349-57）。

使用转基因植物来控制害虫可以减少或消除使用外部施加的化学杀虫剂的需要，所述外部施加的化学杀虫剂对于某些物种如较大的森林树种，往往不是实用的或经济上可行的。另外，转基因植物的使用可以有效地靶向否则不容易接触到外部施加的杀虫剂的害虫。例如，某些害虫存在于保护瘿中和/或渗透入植物组织，其中经由隧道式转移（隧道工程，tunneling）或其它难以捉摸的机制，其部分或完全地保护害虫以避免外部施加的毒素。表达苏云金杆菌（Bt）Cry毒素的抗害虫转基因作物（包括稻）已成功并广泛使用超过10年。这些毒素相对于鞘翅目、双翅目和鳞翅目昆虫是高度活性的，但相对于膜翅目害虫（黄蜂和蚂蚁）则缺少任何有效活性。

蜘蛛毒液由物质的复杂混合物组成，其包含各种毒性成分。分离自不同蜘蛛物种的毒腺的具有杀虫活性的多肽呈现空间结构同源性并与可兴奋膜的离子通道相互作用，从而影响其功能。

在烟草中ω-ACTX-Hv1a毒素（Hvt）的转基因表达有效地保护植物免受棉铃虫（Helicoverpa armigera）和斜纹夜蛾（Spodoptera littoralis）幼虫的影响，并在48小时内具有100%死亡率（Khan S.A.et al.,Transgenic Res.,2006,15,349-57）。

在转基因植物中使用节肢动物神经毒素来控制咀嚼组织害虫（tissue-chewing pests）直到目前并不十分成功。

昆虫受到由壳多糖制成的硬化的外骨架表面的保护。壳多糖，连同另外的蛋白质一起，还存在于围食膜（PM），一种膜状结构中，其将食物与肠组织分开。它保护上皮免受食物磨损和微生物影响并具有其它功能（基于酶的区室化）。壳多糖酶是这样的酶，其降解壳多糖但它们本身并不能够控制组织咀嚼害虫（Shakhbazau,(BLR),Rus.J.Genet.2008,44:1013-22）。对喂养壳多糖酶-转基因植物的昆虫的发育影响是轻度至重度，其取决于物理上伤害肠的消化组织的刚度，但植物并不完全抗害虫。

美国专利号7,196,057教导了植物，该植物表达融合蛋白，其包含转运部分如凝集素和对昆虫有毒的部分，包括壳多糖酶。