[发明专利]一种培育抗蚜虫的转基因小麦的方法

说明书

技术领域

本发明涉及转基因作物育种领域，特别涉及一种培育抗蚜虫的转基因小麦的方法。

背景技术

小麦是我国重要的粮食作物，虫害一直是影响其品质和产量的重要因素。据报道，每年全球粮食总产量因害虫造成的损失超过10％。蚜虫，属半翅目，主要分布在北半球温带地区和亚热带地区。目前世界已知约4700余种，中国分布约1100种。其繁殖力很强，世代重叠现象突出，生活史复杂。蚜虫作为农业害虫和植物病毒的传播者，已经成为严重威胁农业生产发展的重要害虫之一，据研究在我国每年90％以上的麦田会不同程度发生蚜虫灾害，致使小麦减产10％-30％。目前，对于小麦蚜虫的防治仍主要使用化学杀虫剂进行杀除，由于此方法带来的人类健康及环境污染问题日益严重，并且花费巨大但效率不高。因此更多的研究者把目光投向了抗虫育种方面。其中利用基因工程获得抗蚜虫转基因小麦的研究尤为受到关注，成为培育小麦抗蚜虫新品种的新的途径。

目前,已经克隆得到的抗虫基因有许多种,根据它们的来源可分为三类:第一类是从细菌中分离出来的抗虫基因，主要是来自苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis，Bt)毒蛋白基因；第二类是从动物体内分离的毒素基因，主要有蝎毒素基因和蜘蛛毒素基因等；第三类是从植物中分离出的抗虫基因,主要为蛋白酶抑制剂基因、凝集素基因、淀粉酶抑制剂基因等。

在这三类抗虫基因中，第一类转Bt基因的作物由于具有特异性高、对哺乳动物无害等特点发展迅速，80年代以来已经有许多商业化生产的例子。然而同时，其它非靶标害虫(主要是刺吸性害虫)的种群发生数量却明显上升，危害日趋严重。另外，苏云金杆菌δ内毒素基因在植物中表达水平普遍较低，而且随着转基因植物在大田中的应用，昆虫的抗性或适应性问题也随之产生，这也成为Bt基因在转基因植物方面应用的挑战问题。

第二类从动物体内分离的毒素基因，尤其是蝎类毒素，由于多数能专一作用于昆虫，并具有对哺乳动物无害或毒性很小的特点，因而早在上世纪七、八十年代就引起了国内外学者的关注，并在烟草、甘蓝、杨树等转基因抗虫方面取得了较好的成果。但是由于表达抗昆虫蝎毒素基因的重组杆状病毒的研究安全性仍存在较大的争议，因此离实际生产应用尚有一定距离。

与其它两类抗虫基因相比，植物来源的抗虫基因是来自于植物本身，因此此类转基因植物更容易被人们所接受，并且这类基因多具有更广的抗虫谱。目前植物来源的抗虫基因及其在作物基因育种中的应用日益受到人们的重视。其中，植物蛋白酶抑制剂比较成功的例子仅限于转化烟草、马铃薯等作物，在小麦、玉米、棉花、大豆等常见农作物方面的实验还不尽如人意。淀粉酶抑制剂的研究也多限于豆类、烟草等作物的效果较好。

植物凝集素是近年来发现的一类很有前景的抗蚜基因，在自然界中广泛存在。植物凝集素是具有高度特异性糖结合活性的蛋白，能可逆地与单糖或寡糖结合，它可在胃肠道中抵抗酶的降解，并和消化道表面的糖基受体结合，从而引起细胞和机体代谢发生改变。目前，已经有多种植物凝集素被应用于各种重要作物的抗虫研究。研究成果显示，在作物领域尤其是小麦的抗虫研究方面，植物凝集素类的转基因植物抗虫效果较好。但是，目前国内对于植物凝集素抗虫的基因转化研究大多集中在雪花莲凝集素(Galanthus nivalis Agglutinin，GNA)基因，在一定程度上影响了抗虫的广谱性并容易导致抗性害虫产生，因此，非常有必要发掘其他适于小麦抗蚜虫的凝集素基因。天南星科半夏属的三叶半夏和掌叶半夏为我国特有的中草药，研究表明三叶半夏和掌叶半夏块茎的粗提液对蚜虫有强致死作用，粗提液的主要成分是植物凝集素蛋白(Pinellia ternate agglutinin，PTA和Pinellia pedatisecta agglutnin,PPA)。已有研究表明，转入的三叶半夏PTA基因的水稻对蚜虫和水稻褐飞虱具有显著抗性，显示出了天南星科半夏属植物凝集素在抗虫基因工程研究中的潜力。