植物抗冻基因及转基因植物最新研究进展

植物抗冻基因及转基因植物最新研究进展 来源: 《北方园艺》.-2009(1).-120-122 作者:蔺忠龙等 阅读次数: 244 近年来，随着人们对植物抗冻基因进行了深入的研究，揭示了植物抗冻性除受多基因协同调控外。某些单基因也起了重要作用。因此，这些单基因有可能用于植物抗冻基因工程。在不影响作物产量、品质的情况下，利用植物转抗冻蛋白基因手段培育抗冻品种已成为一条全新而有效的途径。抗冻蛋白(Antifrecze protein，AFPS)是20世纪60年代从极地海鱼的血清中发现的一种具有阻止体液内冰核的形成与生长、维持体液的非冰冻状态的高效抗冻活性物质。目前已发现的抗冻蛋白可分为4类:I型抗冻蛋白富含丙氨酸重复序列，具有a-螺旋结构的多肽，以美洲拟鲽的AFP为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ;?型抗冻蛋白是富含胱氨酸，并具有p一折叠结构的多肽，以绒杜父鱼的AFP为代表;III型抗冻蛋白的氨基酸组成无明显偏向性，是无一定二级结构的多肽，以美洲大绵的AFP为代表;?型抗冻糖肽简称AFGP,主要代表为南极鳕鱼，可产生类似于糖三肽多聚体的AFGP。抗冻蛋白存在于不同的生物体中，包括鱼类、昆虫和植物，但对鱼类抗冻蛋白的研究较多。Huang T等2002年将树状抗冻基因dafp-l基因转入拟南芥中，而后和对照植株相比发现转基因植株的抗冻性提高了1.0,3.3?。LiCM等2006年从云杉蚜虫中分离得到抗冻蛋白CFAFP-501，并且 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 出此蛋白的结构。 1 鱼类AFPs基因及其转基因植物 对鱼类AFPs研究的较多并且起步较早，早在20世纪70年代初期就已经从海洋鱼类的血清中发现了抗冻蛋白，并且已作了比较系统深入的研究。利用鱼类抗冻蛋白基因对植物进行遗传转化的研究始于20世纪80年代末期，1987年Davies等将抗冻基因AFPs整合到Ti质粒上，用叶圆片法转化郁金香、烟草和油菜等获得一定抗冻力。Curler等用冬比目鱼溶液处理植物组织的研究表明，用AFP真空浸润马铃薯、欧洲油菜和拟南芥叶片可使叶片自发冰点显著降低，说明AFP具有抗冻作用;用AFP处理雀麦草及其悬浮培养细胞，可降低任何给定温度下冰冻的可冻水量，表明AFP有低温保护作用;AFP能降低冰晶形成的速度，在某些极地鱼中发现的类型I抗冻蛋白(AFPs)可防止组织细胞中冰晶的形成，并已通过转基因技术使AFPs在一些转基因植株中得到表达，如已经在转基因烟草中证明AFPs的积累具有低温特异性，它抑制冰晶的形成。鱼类抗冻蛋白基因转入烟草和番茄已获得较好表达，Georges F等将人工合成的黄盖鲽鱼抗冻蛋白基因导入玉米原生质体，在植物细胞中获得表达。黄永芬等获得转美洲拟鲽抗冻基因AFP的番茄，且低温下转基因植株长势优于对照，致死温度比对照降低2,4?，一系列检测表明抗冻基因AFP已整合到转化番茄基因组中并获得表达。Hight-ower R等利用农杆菌将比目鱼体内抗冻焦白(AFPs)基因转入番茄，发现转基因番茄不但稳定转录AFP的mRNA，还产生一种新的蛋白质，这种转基因番茄的组织提取液在冰冻条件下能有效阻止冰晶增长。 2 昆虫AFPs基因及其转基因植物 由于昆虫抗冻基因AFPs的热滞活性明显高于鱼类和植物，因此，其抗冻基因AFPs的导入可能更有效地提高转基因植物的抗冻性。冬季，某些昆虫血淋巴的热滞活性为3,6?，最高达到8,9?，明显高于血清抗冻蛋白的热滞活性(1-2?)。Tyshenko等于1997年从甲虫和云杉卷叶蛾中分离到的抗冻蛋白的活性是鱼类抗冻蛋白的10,l00倍。2001年Holmberg等第一次将云杉蚜虫的抗冻基因AFPs与CaMV35S及胭脂碱合成酶基因组成重组基因后转入烟草，发现转基因烟草中质外体云杉蚜虫抗冻基因AFP的表达能抑制冰重结晶，并且提高了热滞值。 3 植物AFPs基因及其转基因植物 与鱼类和昆虫抗冻蛋白相比，植物AFPs研究的较晚。直到1998年10月，Dawn orrall等在《Science》上发表了胡萝卜AFPs及其基因的研究 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ，这标志着第一个植物AFP基因的发现，并且将此AFP基因连接在表达载体上转化烟草，获得了表达并且产生了AFPs，提高了转基因烟 草植株的抗冻性。1999年Michael等从桃树的树皮中提取到一种脱水蛋白PCA60，这是第一次发现具有脱水素蛋白特性的抗冻蛋白，其富含赖氨酸、甘氨酸，分子量为50ku，具有较强的修饰冰晶能力。 最近克隆到的植物抗冻蛋白基因还包括黑麦草l117kD的AFP的cDNA;冬黑麦中3117kD的AFPs的CHT基因，2418kD的AFPs的CHT46基因。其中来自冬黑麦中的这两个抗冻蛋白基因，均已被转化到大肠杆菌中，检测结果表明，表达蛋白具有抗冻活性。2002年Fan Y等以胡萝卜幼苗为模板进行PCR扩增，克隆到一个l099bp的抗冻蛋白基因，连上CaMV35S启动子，构建到pCAMBIA2300载体上后转入烟草，0?条件下，转基因烟草所受的冻害明显低于对照烟草。 4 脯氨酸基因及其转基因植物 冷驯化后脯氨酸含量增加，表明脯氨酸可能与植株抗冻性有关。脯氨酸是水合能力较强的氨基酸，其含量增加有助于细胞持水和生物大分子结构的稳定。Wan-ner LA等报道，低温处理5d的拟南芥植株中脯氨酸含量比末低温处理的对照拟南芥植株高3,5倍。低温处理条件下，CBF3强表达的植株中脯氨酸的含量也比对照植株高2,3倍。Parvanova D)等于2004年将脯氨酸基因转入拟南芥，转基因和对照植株经过22?处理12h，转基因植株存活而对照植株则死亡。G1ee-son D)等于2005年利用农杆菌将Vigna aconitfolia基因转化到落叶松，结果转基因植株的脯氨酸含量比未转基因的对照植株高30倍，转基因植株的抗冻性得到很大提高。 未经低温处理CBF3强表达的拟南芥植株中脯氨酸的含量比对照植株高5倍，其含量相当于低温处理对照植株的脯氨酸含量。低温处理条件下，CBF3强表达的植株中脯氨酸的含量也比对照植株高2,3倍。ParvanoVa D等于2004年将脯氨酸基因转入拟南芥，转基因和对照植株经过-2?处理12h，转基因植株存活而对照植株死亡。Gleeson D等于2005年利用农杆菌将Vigna aconitifolia 基因转化到落叶松，结果转基因植株的脯氨酸含量比未转基因的对照植株高30倍，转基因植株的抗冻性得到很大提高。 5 脂肪酸去饱和酶基因及其转基因植物 很多研究表明，低温冻害导致生物膜的透性改变。低温引起膜脂的物相发生变化，使膜脂由正常的液晶态变为凝胶态，如果在低温下能保持膜脂的液晶状态，则植物的抗冻性提高;而增加膜脂中不饱和脂肪酸的比例即可维持膜的液晶状态，防止膜类固化，即能提高抗冻性。Murata N将南瓜藤和拟南芥中得到的甘油-32-磷酸酰基转移酶基因导人烟草中，明显改变磷酸酰甘油的脂肪酸组成，并提高其抗冻力。Polshock J等将酵母的?-9脂肪酸去饱和酶基因，Kodama H等将拟南芥的编码一ω-3脂肪酸去饱和酶基因fad，Ma J等将菠菜的硬脂酰基载体蛋白去饱和酶基因SAD，分别导入烟草中均增强了转基困烟草的抗冻性。Kodarma H等将拟南芥叶绿体ω-3脂肪酸脱氧酶基因fad7导入烟草中增强转基因烟草抗冷性。刘丹等利用脂肪酸去饱和的关键酶(SAD)基因对烟草进行遗传转化，结果表明转基因烟草抗寒性明显增强。Hayashi H等将编码来自Arthobacter globiformis 或A.pascens的胆碱氧化酶的基因codA导入拟南芥获得抗冻转基因植株。 6 SOD基因及其转基因植物 低温条件下，细胞内活性氧的产生和消耗平衡遭到破坏，使膜系统稳定性受到影响，活性氧积累，从而使膜脂发生过氧化和脱脂作用，近而破坏膜结构。研究表明，SOD可清除活性氧，维护膜系统稳定性。将含有SOD的cDNA转人烟草、番茄等植物中，强表达后都提高了植物的耐氧化能力，这对植物抗冻具有重要意义。Mckersie将从烟草中克隆得到的MnSOD的cDNA与35S启动子连接后转化苜蓿，结果转基因植株的抗冻性有所提高。Lee H S等于1999年从木薯的cDNA中克隆到编码152个多肽的mSODl，并将mSODl基因转入木薯。转基因植株和对照植株相比抗冻性有一定提高。Bagnoli F等于2001年从桃树cDNA中克隆到MnSOD。