抗病毒植物基因工程
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第923页（3631字）
抗病毒基因工程是指利用植物基因工程的技术将特定抗性基因导入植物体内并插入到染色体上，经过组织培养及植株再生，获得插入有抗性基因且稳定遗传的抗病毒工程植株。
1986年，美国比奇(R．Beachy)首次将烟草花叶病毒(TMV)外壳蛋白基因转入烟草培育出能稳定遗传的抗病毒工程植株，由此确定了抗病毒植物基因工程这一新的领域。与普通的抗性品种选育方法相比，抗病植物基因工程方法可克服种间差异的限制，缩短选育周期，获得稳定遗传的抗性。
抗病毒的植物工程采用的抗性基因一般是来源于病毒。
通过近年来的研究，采用策略有以下几种：
外壳蛋白基因策略 比奇等将TMV外壳蛋白(CP)基因转入烟草，转化植物中外壳蛋白基因的表达产物达到烟草叶片蛋白总量的0．1%。转基因烟草接种TMV后，能够抑制TMV的复制并在一定程度上降低或阻止TMV在植株体内的系统侵染，且能延迟发病12～30d。这一抗性按孟德尔定律遗传给后代。用同一CP基因转化番茄，其CP表达量为叶片总蛋白的0．02%～0．05%。大田试验也得到令人满意的保护效果。
当对照番茄减产26%～35%时，转基因番茄未受到影响，其产量与不接种的相比无显着差别。就已有的资料看，除TMV外，在20多个植物病毒组中已用近10个组的代表性成员进行了该策略的遗传工程保护研究。1991年林(Ling)等的实验结果表明，转一种病毒的外壳蛋白基因的植物可获得对一些与其亲缘关系较近病毒的抗性。然而，如果转病毒外壳蛋白基因的植物所编码的病毒外壳蛋白能够包装其它一些虫传的病毒核酸，则存在构成新病原因子的危险性。
一般认为，CP介导的抗性是由于CP的积累封闭了病毒侵染的一个早期步骤——病毒粒子的脱衣壳。
病毒卫星RNA基因策略 1983年，田波等用能减轻症状表达的黄瓜花叶毒(CMV)卫星RNA作为生防制剂防治CMV引起的病害获得成功。1986年，鲍尔库姆(Baul combe)等成功地将CMV 1－17N的卫星RNA的cDNA双体基因转化给烟草，转化植株接种CMV后，卫星RNA大量复制而病毒基因组RNA减少95%，且只在第1至第3片叶上形成斑驳，此后形成的叶片不表现花叶症状而接近正常的植株。对照空载体转化的植株，症状严重，植株矮化。1990年，赵淑珍等用CMV卫星RNA－1的cDNA单体基因转化番茄，同质结合的后代在田间表现出对CMV侵染的高度抗病性。卫星RNA基因的作用机制被认为是由于卫星RNA干扰了病毒基因组的复制。
这一策略存在的危险在于减轻病毒症状表达的卫星RNA有可能发生突变成为加重症状表达的卫星RNA而使病毒病害加重。
病毒反义RNA策略 反义RNA－基因编码链的互补链RNA对原核和动物细胞基因表达有抑制作用。
曾寄希望于反意病毒RNA在抵抗植物病毒中发挥作用，但其转基因植物对病毒不表现抗性或抗性微弱。这一策略用于抗病毒基因工程植株的培育，前景并不理想。
与病毒复制相关基因的部分序列 1990年，Gol embosKi将TMV UI株系54kd蛋白基因(病毒复制增殖相关的酶基因的一部分序列)转入烟草。抗性实验表明，这些工程植株抗病性高于外壳蛋白基因，显示出诱人的前景。
然而，这一策略中转入基因的交叉保护效果不甚令人满意，且其作用机理尚待进一步探讨。
核酶 核酶是一类具有特殊2级结构能够特异性催化切割其它RNA分子的小分子RNA。原则上说，任何生物，包括病原RNA，都可作为核酶的底物。已发现的绝大多数植物病毒，它们的基因都是由RNA组成的。
根据这些病毒基因组的序列，设计恰当的核酶，转化植物体内使其在体内表达并有效切割病毒核酸，达到控制病毒病害的目的。有关这方面的研究已获得初步结果。
复合抗性基因策略 提高工程植株抗病性的一个可行途径是采用复合抗性基因的策略，即利用多个抗性基因共同作用与相互作用，从多个途径封闭病毒的功能表达，从而有效地阻断病毒在植物体内的增殖与传播途径。叶寅等将具有早期抗病毒侵染的外壳蛋白基因和晚期抗病毒复制的卫星RNA基因共同转化植物，获得在病毒的整个感染期间都能抗病的高抗工程植物，比单转卫星RNA基因的抗性提高一倍以上，比单转CP基因的工程植株的抗性提高2～3倍。
利用植物本身编码的抗性基因 有些植物在病毒侵染后产生各种类型的抗病性，分离克隆这些抗性基因则可用于抗病毒植物基因工程。
然而已有的实验结果并不令人鼓舞。
一个普遍的看法是，在植物本身的防御病害的机制被搞清楚之前，利用这一策略来提高植物的抗病性相当困难，或者可以说不可能。
此外，新的策略仍在探讨之中。
这些策略是希望通过阻断病毒功能表达而达到抗病效果。如可封闭病毒的复制、基因表达及扩散功能等。1990年，希亚特(Hiatt)等在烟草中表达了来自动物淋巴细胞的抗体基因，这一成就可应用于抗病毒植物基因工程，即在植物体内表达中和抗体以封闭病毒颗粒。1991年，纳特杜尼斯(Natdoulis)提出核酸酶策略，其核心是以病毒的外壳蛋白与核酸酶相连接构建融合蛋白。
这种拟外壳蛋白既可能包被病毒核酸，又可能在一定条件下降解病毒核酸。
一些已应用的策略都可获得不同程度的抗性，然而这些策略都有其各自的局限性与潜在的危险性。就已有的研究进展看，各种抗性基因的作用效果远远不足以达到推广应用的水平。在今后的研究中，以下几个方面将是研究的热点。
(1)在现有的抗病毒策略的基础上进一步提高工程植株的抗性。(2)开展基础研究探索控制病毒功能表达而获得更有效更安全的抗病毒策略。(3)揭示植物自身的防御机制以提高植物的内在抗性。植物虽然没有动物那样完善的防御系统——免疫系统，但也有相当复杂与完善的防御体系。
一旦植物的防御机制被揭示，就可以提高植物内在的“免疫力”。(4)以推广品种与性状良好的品种为材料培育抗病毒工程植株，并纳入常规育种和良种繁育体系，力图应用于实际生产。
。【参考文献】：
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(中国科学院微生物研究所叶寅撰)