[01266781]抗玉米螟基因导入的研究

一、务来源吉林省科学技术委员会，吉科合字第950107号《抗玉米螟基因导入的研究》。

二、应用领域和技术原理

1、应用领域：农业。

2、技术原理：该研究根据利用基因工程技术将外源基因导入到农作物中，改良其品质及其抗性。利用花粉管通道法、花粉携带法和胚囊注射法将API抗虫基因转入受体玉米自交系中，鉴定筛选抗虫表达的玉米自交系，用以配置杂交组合，培育抗虫的玉米品种。

三、性能指标

1、合同要求的主要性能指标（1）抗玉米螟基因的制备（2）用划分管通道法、花粉携带法和种胚浸种法导入基因（3）应用遗传标记筛选转基因幼苗提出玉米抗虫基因导入的实用技术，导入率达1%。

2、实际达到的性能指标：完成合同的主要技术性能指标。　本项研究将慈菇蛋白酶抑制剂基因转入玉米，该基因整合到受体玉米自交系染色体中并得到了表达，使转化玉米获得了明显的抗玉米螟虫的能力。建立了不依赖于组织培养的玉米转基因技术—花粉管通道法和浸种法。玉米花粉管通道法转化率达到2.5%，已申请了专利。　共转化了4个吉林省玉米骨干自交系，从中筛选鉴定出一批抗玉米螟转基因株系，培育出8个农艺性状没有发生变异而获得了抗玉米螟能力的稳定自交系。

通过配合力测定，初步筛选出1个抗玉米螟虫的杂交组合四、与国内外同类技术比较。

目前，关于玉米转基因技术的研究国内外已有很多报道，但这些技术都是基于组织培养基础上建立起来的，转化的成本高，转化后代无性变异大；利用基因工程技术培育抗玉米螟虫的品种国内外也均有报道，国外的转基因抗玉米螟玉米已经商品化。

但这些转基因玉米利用的抗虫基因主要是Bt基因。该研究分离和克隆了慈菇蛋白酶抑制剂基因（API），这是一个植物性来源的抗虫基因。API与Bt基因的作用机理不同，它编码一个全长杀虫蛋白，该蛋白能与昆虫消化道内的蛋白消化酶相互作用，形成酶-抑制剂复合物，阻断或减弱消化酶的蛋白水解作用。

所以，一旦昆虫摄食进蛋白酶抑制剂，就会影响外来蛋白的正常消化，同时，蛋白酶抑制剂和消化酶形成的复合物，能刺激消化酶的过量分泌，通过神经系统的反馈，使昆虫产生厌食反应，最终造成昆虫的不正常发育和死亡。

而Bt是一种革兰氏阴性菌，它能在孢子形成过程中合成杀虫晶体内含物δ内毒素，δ内毒素通常以原毒素形式存在，当被昆虫取食后，在昆虫的消化道内，原毒素被激活，活化的δ内毒素与昆虫肠道上皮细胞上的特异性蛋白结合，δ内毒素全部或部分嵌合于细胞膜中，使细胞膜产生一些孔道，从而导致细胞由于渗透平衡被破坏而破裂，昆虫幼虫将停止进食，最终导致死亡。

慈菇蛋白酶抑制剂基因的转化只见在烟草中有报道。本项研究将慈菇蛋白酶抑制剂基因转入玉米，使该基因整合到受体玉米自交系染色体中并得到了表达，使转化玉米获得了明显的抗玉米螟虫的能力，这在国内外还未见报道。

我们还建立了不依赖于组织培养的玉米转基因技术—花粉管通道法和浸种法。这两种方法都具备简便、经济、有效的特点，不受基因型限制，并可以减少转化后代的无性变异，该方面研究也未见报道。玉米花粉管通道法的转化率达到了2.5%，已申请了专利。

该研究共转化了4个吉林省玉米骨干自交系，从中筛选鉴定出一批抗玉米螟转基因株系，培育出8个农艺性状没有发生变异而获得了抗玉米螟能力稳定自交系。通过配合力测定，初步筛选出1个抗玉米螟虫的杂交组合。

因此，从玉米抗玉米螟基因工程育种的角度分析，该课题的研究成果处于国内先进水平，而从玉米转基因技术研究角度分析，在不依赖于组织培养的转化技术研究方面，该课题研究处于国内外领先水平而不依赖于组织培养的遗传转化技术正是当前世界遗传转化技术研究的一个重要方向。

五、成果的创造性、先进性　利用基因工程技术培育抗玉米螟虫的品种国内外也均有报道，国外的转基因抗玉米螟玉米已经商品化。但这些转基因玉米利用的抗虫基因主要是Bt基因。该课题研究的创新点是：1.克隆了植物性来源的抗虫基因—慈菇蛋白酶抑制剂基因API。2.将慈菇蛋白酶抑制剂基因转入玉米，该基因整合到受体染色体中并得到了表达，使转化玉米获得了明显的抗玉米螟虫的能力，这在国内外还未见报道。3.建立了不依赖于组织培养的玉米转基因技术—花粉管通道法和浸种法。这两种方法都具备简便、经济、有效的特点，不受基因型限制，并可以减少转化后代的无性变异。该方面研究也未见报道。玉米花粉管通道法转化已申请了专利。

六、作用意义（直接经济效益和社会效益）

1.直接经济效益用选育的抗玉米螟转基因玉米自交系可以进一步培育成抗玉米螟新品种推广利用，以满足玉米生产的需要，产生较好的经济效益应用抗螟虫杂交种，每年可挽回由玉米螟危害造成的8～10%的产量损失。按吉林省年产玉米150亿斤，如果转基因抗虫玉米推广面积达50%，则每年可增收玉米6亿斤。按当前玉米每斤0.4元计算，则产生直接经济效益2.4亿元，同时每公顷还可节省化学农药、人工等防治费用。

2. 社会效益由于该项目解决化学农药对人畜的危害，以及对环境造成的污染，提高玉米品种的抗虫性，针对不同的玉米基因型采用不同的转化方法，获得抗虫玉米自交系，这些成果的应用，不仅提高了玉米产量，增加了农民的收入，还为环境保护作出了贡献。同时也为玉米育种开创了新的途径和方法，缩短常规育种年限，具有重大社会效益。

七、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见

该成果主要在农业上应用，依据国家有转基因关安全方面法规（《农业转基因生物安全管理条例》和《农业转基因生物安全管理办法》），正在进行中间试验，符合国家有关规定后进入环境释放，最终商品化。

转化材料已经应用基因工程技术培育抗玉米螟玉米自交系项目的实施，使科技成果转化为生产力，减少化学农药的使用，保护了环境同时大幅度地提高了玉米的产量和品质，也增加了农民的收入，促进了农村经济繁荣与发展，加快了农民脱贫致富奔的步伐。

由于在研究过程中培养了一批较为优秀的生物技术应用和育种人才，对今后的玉米育种科研工作的开展起到重要作用。

当然，该研究在分子生物学和遗传稳定性方面需要进行更深入的探索。