轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉研究進(jìn)展

張安紅 ， 肖娟麗 ， 趙戰(zhàn)勝 ， 王志安 ， 劉圓 ， 羅曉麗

1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所，山西 運(yùn)城 044000；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆 五家渠 831300

我國(guó)棉花的生產(chǎn)和消費(fèi)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。然而，棉花在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育階段易受到多種害蟲(chóng)的危害。利用植物基因工程和遺傳育種技術(shù)手段培育的轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉為控制棉鈴蟲(chóng)的危害提供了新手段。轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲(chóng)棉花自種植以來(lái)，能有效地控制棉鈴蟲(chóng)的種群數(shù)量，減少農(nóng)藥使用，在生產(chǎn)上取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益。隨著抗蟲(chóng)棉的廣泛種植與田間農(nóng)藥用量的大幅度減少，棉田的生態(tài)系統(tǒng)也隨之發(fā)生了很大的變化，棉鈴蟲(chóng)的危害得到了有效防治。然而，種植過(guò)程中棉蚜、盲蝽蟓、煙粉虱等非靶標(biāo)類(lèi)害蟲(chóng)數(shù)量有大幅度增加的趨勢(shì)，尤其是盲蝽類(lèi)昆蟲(chóng)，對(duì)棉花的生產(chǎn)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失［1-2］。

隨著基因工程技術(shù)的快速發(fā)展，為了維持轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的抗蟲(chóng)穩(wěn)定性，延緩棉鈴蟲(chóng)對(duì)抗蟲(chóng)棉的抗性，并對(duì)棉田次要害蟲(chóng)進(jìn)行有效防治，廣大轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉研究工作者做了大量的研究，轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的研究得到了迅猛發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外已在防治棉盲蝽的轉(zhuǎn)Bt基因棉花、營(yíng)養(yǎng)殺蟲(chóng)蛋白Vip3棉花、RNAi轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花以及通過(guò)基因編輯創(chuàng)制抗蟲(chóng)棉花等多個(gè)方面取得了進(jìn)展。

1 轉(zhuǎn)外源蘇云金芽孢桿菌殺蟲(chóng)晶體蛋白系列抗蟲(chóng)棉

1981年，Schnepft和Whiteley首次克隆了編碼Bt殺蟲(chóng)晶體蛋白的基因。截至目前，研究者已分離出40000多個(gè)Bt菌株，發(fā)現(xiàn)并登記的這類(lèi)基因大約有190種，但已完成轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的僅有cry1Ac、cry1F、cry2Ab及cry2Ae等。經(jīng)過(guò)密碼子優(yōu)化的Bt基因已被成功地導(dǎo)入棉花，獲得了一大批具有良好抗蟲(chóng)性的轉(zhuǎn)基因棉花種質(zhì)資源和品種，在生產(chǎn)上顯示出良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［3］。

1.1 防治鱗翅目害蟲(chóng)棉花

目前，我國(guó)種植的轉(zhuǎn)基因棉花主要表達(dá)cry1Ab/Ac基因。1992年，郭三堆等［4］利用分子設(shè)計(jì)技術(shù)人工合成了具有高殺蟲(chóng)活性的Bt殺蟲(chóng)基因GFM Cry1A。隨后，在1994年與山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所合作將該基因?qū)朊藁?，選育出晉棉26轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉品種，之后又選育出GK1、GK12、GK19、GKZ1國(guó)產(chǎn)單價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉品種，并進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用，使中國(guó)成為繼美國(guó)之后世界上第二個(gè)成功研制轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的國(guó)家。為了提高抗蟲(chóng)棉的殺蟲(chóng)效率，延緩棉鈴蟲(chóng)等害蟲(chóng)對(duì)殺蟲(chóng)蛋白產(chǎn)生抗性，郭三堆等［4］將具有不同殺蟲(chóng)機(jī)理的2個(gè)抗蟲(chóng)基因GFM Cry1A和Cpti同時(shí)導(dǎo)入棉花，創(chuàng)制了雙價(jià)轉(zhuǎn)基因棉花新種質(zhì)。通過(guò)與國(guó)內(nèi)多家育種單位合作，成功選育出sGK321（1998年）、中棉所41（2001年）和中棉所45（2003年）等雙價(jià)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉品種。劉志等［5］將Cry1A和雪花蓮凝集素基因GNA導(dǎo)入棉花，選育獲得轉(zhuǎn)Cry1A+GNA雙基因抗蟲(chóng)棉純合株系TBG，其在苗期、蕾期、開(kāi)花期和結(jié)鈴期主莖葉都對(duì)棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)具有很高的殺蟲(chóng)活性。吳家和等［6］將人工設(shè)計(jì)合成的Cry1Ac、Bt29K和慈菇蛋白酶抑制劑基因API-B導(dǎo)入棉花，培育出9個(gè)抗蟲(chóng)性好、農(nóng)藝性狀優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因棉品系，對(duì)棉鈴蟲(chóng)抗性均達(dá)到90%以上。張林水等［7］將Cry1Ac3和Cpti的融合基因與GNA共轉(zhuǎn)入棉花中，獲得了同時(shí)含有3個(gè)抗蟲(chóng)基因的轉(zhuǎn)基因棉花新材料，該材料對(duì)棉鈴蟲(chóng)具有較高的抗性。自1997年轉(zhuǎn)基因棉花開(kāi)始商業(yè)化種植以來(lái)，種植規(guī)模逐年快速增長(zhǎng)，由當(dāng)年的10萬(wàn)hm2增長(zhǎng)到390萬(wàn)hm2，占棉花總種植面積的92%以上。其中，長(zhǎng)江流域棉區(qū)和黃河流域棉區(qū)所種棉花幾乎全部為轉(zhuǎn)基因棉。到2002年，國(guó)產(chǎn)抗蟲(chóng)棉的種植面積達(dá)轉(zhuǎn)基因棉總種植面積的52%，首次超過(guò)國(guó)外品種；到2005年，這一比率超過(guò)了73%。目前，國(guó)產(chǎn)抗蟲(chóng)棉品種已超過(guò)98%，在我國(guó)市場(chǎng)中占絕對(duì)主導(dǎo)地位［4］。

在開(kāi)發(fā)新的Bt系列基因方面，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所采用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)與花粉管通道方法相結(jié)合，將來(lái)源于蘇云金芽孢桿菌的另外一株革蘭氏陽(yáng)性菌株的Cry5b抗蟲(chóng)基因轉(zhuǎn)入岱字棉品系晉1中，并育成了抗蟲(chóng)棉品系JX0010和JX0020。Cry5b抗蟲(chóng)基因與目前國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用的Bt抗蟲(chóng)基因Cry1a/1c不同。趙世浩［8］對(duì)Cry5b轉(zhuǎn)基因品系進(jìn)行了表達(dá)驗(yàn)證和生物安全性評(píng)價(jià)，鑒定結(jié)果表明JX0020對(duì)棉鈴蟲(chóng)有較高的抗性，這為新型抗蟲(chóng)基因在棉花育種及品種推廣上的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)支撐。獲得美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局［9］（Environmental Protection Agency，EPA）批準(zhǔn)的拜耳作物科學(xué)研究所研發(fā)的轉(zhuǎn)基因棉花品種Twinlink，含有2種蛋白毒素，分別是T304-40品系的蘇云金芽孢桿菌Cry1Ab和GHB119品系的Cry2Ae，該品種可有效防治鱗翅目的棉鈴蟲(chóng)、煙青蟲(chóng)、草地夜蛾等害蟲(chóng)。目前，轉(zhuǎn)基因棉花品種Twinlink在澳大利亞、新西蘭、巴西和加拿大等國(guó)家都獲得了批準(zhǔn)并進(jìn)行商業(yè)化種植。此外，Bhupendra等［10］利用分子生物學(xué)技術(shù)從印度蘇云金芽孢桿菌中分離并克隆了Cry52Co1基因，毒力試驗(yàn)結(jié)果表明其對(duì)棉鈴蟲(chóng)幼蟲(chóng)的LC50為36.66 μg·mL-1，可作為新型抗蟲(chóng)蛋白基因用于轉(zhuǎn)基因作物。以上研究為轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 防治棉盲蝽棉花

Cry51A是一類(lèi)特殊的Bt伴孢晶體毒素，其晶體結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的Cty毒素不同，屬于氣單胞溶菌素型β穿孔蛋白。鞘翅類(lèi)和半翅類(lèi)昆蟲(chóng)具有特異性的毒蛋白，通過(guò)顯微鏡觀(guān)察和免疫熒光染色法2種組織學(xué)手段闡明了植物血凝素對(duì)牧草盲蝽蟓的致死效應(yīng)、靶組織和結(jié)合位點(diǎn)［11-12］。秦文強(qiáng)等［11］通過(guò)定點(diǎn)突變技術(shù)對(duì)已有原蛋白基因Cry51Aa1進(jìn)行定向改造，將獲得的突變體基因所表達(dá)的蛋白飼喂綠盲蝽并進(jìn)行體外毒力試驗(yàn)，篩選出的新型突變蛋白基因Cry51Aa1.C006對(duì)綠盲蝽具有很強(qiáng)的毒殺效果。通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)方法將Cry51Aa1和Cry51Aa1.C006基因轉(zhuǎn)入屬于陸地棉品種的中棉所24中，轉(zhuǎn)化體材料中Cry51Aa1.C006基因表達(dá)量在不同組織均高倍量表達(dá)?？瓜x(chóng)鑒定表明，11個(gè)轉(zhuǎn)化體材料中有2個(gè)轉(zhuǎn)化體對(duì)綠盲蝽的抗性表現(xiàn)最強(qiáng)。

為了挖掘潛在的外源抗蟲(chóng)基因，合成對(duì)刺吸式口器害蟲(chóng)有抗性的棉花轉(zhuǎn)基因材料，李亞軍等［12］選擇Cry51Aa2.83416、Cry51Aa2.834CG、（E）-β Farnesene和Tma12這4個(gè)來(lái)源于蘇云金芽孢桿菌的外源抗蟲(chóng)基因，通過(guò)構(gòu)建抗綠盲蝽、蚜蟲(chóng)、煙粉虱4個(gè)基因的超表達(dá)載體，利用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法將它們分別導(dǎo)入棉花基因組中，并獲得性狀優(yōu)良的轉(zhuǎn)基因株系。綠盲蝽、煙粉虱取食經(jīng)過(guò)改造的Cry51A轉(zhuǎn)基因植株后，出現(xiàn)了不同比例的死亡，以此達(dá)到控制盲蝽蟓、煙粉虱的目的。2016年，Gowda等［13］通過(guò)定點(diǎn)突變技術(shù)對(duì)基因進(jìn)行定向改造，獲得了對(duì)西部牧草盲蝽和美國(guó)牧草盲蝽均具有一定殺蟲(chóng)活性的13種突變蛋白，其中Cry51Aa2.834-16蛋白的殺蟲(chóng)效果與Cry51Aa2蛋白相比增加了200多倍。通過(guò)棉花遺傳轉(zhuǎn)化獲得了4個(gè)轉(zhuǎn)化體材料，田間試驗(yàn)鑒定表明，GH-A767631轉(zhuǎn)化體對(duì)西部牧草盲蝽抗性增加了30多倍，其余轉(zhuǎn)化體抗性也顯著提升，有效地減少了西部牧草盲蝽和美國(guó)牧草盲蜷的危害。以上研究為現(xiàn)階段棉田減少農(nóng)藥使用，棉花次要害蟲(chóng)的防治以及棉花抗蟲(chóng)分子育種提供了一個(gè)新的途徑和基礎(chǔ)。

1.3 廣譜抗蟲(chóng)棉花

Vip3是蘇云金芽孢桿菌的另一種營(yíng)養(yǎng)期殺蟲(chóng)蛋白（vegetative insecticidal proteins，VIPs），與Bt作用機(jī)制完全不同，Vip3是在蘇云金芽孢桿菌營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期分泌的殺蟲(chóng)蛋白。Vip3蛋白具有廣譜的殺蟲(chóng)效果，可毒殺小地老虎等對(duì)Bt蛋白非敏感害蟲(chóng)，在防治抗性害蟲(chóng)及擴(kuò)大抗蟲(chóng)譜上可作為一種新的策略［14-19］。

Syngenta公司對(duì)轉(zhuǎn)Vip基因抗蟲(chóng)棉進(jìn)行了多年的田間抗蟲(chóng)試驗(yàn)，結(jié)果表明該抗蟲(chóng)棉能夠較好地控制棉鈴蟲(chóng)種群［19］。哥斯達(dá)黎加（2009）、韓國(guó)（2016）等國(guó)已先后獲得轉(zhuǎn)Vip3的棉花品種，并在田間進(jìn)行了廣泛的種植。張安紅等［20］構(gòu)建了植物表達(dá)載體pBin438-Vip3A，通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化棉花品種‘冀合713’，將新型抗蟲(chóng)基因Vip3A轉(zhuǎn)入棉花植株，室內(nèi)抗蟲(chóng)性鑒定表明，與對(duì)照相比轉(zhuǎn)基因植株對(duì)棉鈴蟲(chóng)的抗性顯著提高，并獲得了2株高抗和3株抗棉鈴蟲(chóng)的轉(zhuǎn)Vip3A基因株系。Southern blotting結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因株系BV01為單拷貝。ELISA檢測(cè)表明，外源Vip3A基因在BV01的根、莖、葉、花、種子中都有表達(dá)。該研究創(chuàng)制出的新型抗蟲(chóng)轉(zhuǎn)基因棉花材料，為培育棉花新型抗蟲(chóng)品種提供了種質(zhì)資源。

2 RNAi轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花

植物介導(dǎo)的RNAi抗蟲(chóng)新技術(shù)，可以有效、特異地干擾昆蟲(chóng)靶基因的表達(dá)，從而抑制害蟲(chóng)生長(zhǎng)，該技術(shù)適用于包括咀嚼式和刺吸式在內(nèi)的多種昆蟲(chóng)，為農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)的防治提供了特異性更強(qiáng)且環(huán)境安全的新思路。Luo等［21］經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)顯微注射實(shí)驗(yàn)最終以影響中黑盲蝽卵巢發(fā)育的基因作為最佳靶標(biāo)，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化得到了高量表達(dá)靶標(biāo)基因dsRNA的轉(zhuǎn)基因棉花。連續(xù)2年的室外抗蟲(chóng)鑒定表明，該轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)中黑盲蝽表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗性，降低了棉花被危害程度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中黑盲蝽的有效防控。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所朱禎研究組與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)張?zhí)煺鎸?shí)驗(yàn)室合作培育了可表達(dá)阻斷棉鈴蟲(chóng)激素合成dsRNA的轉(zhuǎn)基因棉花，該轉(zhuǎn)基因棉表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗蟲(chóng)性，尤其對(duì)于Bt耐受性棉鈴蟲(chóng)系有很好的防治效果［22］。分子檢測(cè)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因棉花成功表達(dá)了高量dsRNA，受試?yán)ハx(chóng)體內(nèi)靶基因表達(dá)明顯下調(diào)，保幼激素本身合成被顯著抑制。同時(shí)聚合上述RNAi和Bt的轉(zhuǎn)基因棉花抗蟲(chóng)效果進(jìn)一步增強(qiáng)。此外，分析多年抗蟲(chóng)生測(cè)數(shù)據(jù)表明，RNAi抗蟲(chóng)棉可明顯延緩棉鈴蟲(chóng)抗性的產(chǎn)生。例如，昆蟲(chóng)保幼激素RNAi抗蟲(chóng)棉及RNAi+Bt的聚合棉能夠克服棉鈴蟲(chóng)對(duì)單一策略轉(zhuǎn)基因棉易產(chǎn)生耐受性的難題，同時(shí)為下一代抗蟲(chóng)作物的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。羅曉麗等［23］利用棉蚜腺苷三磷酸酶E亞基基因構(gòu)建RNA干擾載體，并通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化棉花，對(duì)獲得的22個(gè)轉(zhuǎn)基因陽(yáng)性再生株的農(nóng)藝性狀和dsRNA表達(dá)量進(jìn)行分析，并結(jié)合網(wǎng)棚和大田抗蚜鑒定結(jié)果篩選出4個(gè)轉(zhuǎn)基因株系，其中CZ1、CZ2和CZ33個(gè)株系具有較高的抗蚜性，2015年和2016年蚜害減退率分別達(dá)70%和60%以上，為棉花抗蚜育種提供了新種質(zhì)和新方法。梁思佳［24］利用植物介導(dǎo)的RNAi技術(shù)，以影響中黑盲蝽生殖能力的AsFAR基因?yàn)榘袠?biāo)，創(chuàng)制了能夠高量表達(dá)AsFAR基因dsRNA的轉(zhuǎn)基因棉花。研究結(jié)果表明，AsFAR轉(zhuǎn)基因棉花可以成功抑制中黑盲蝽的生殖能力，導(dǎo)致其種群數(shù)量顯著下降，有效減少中黑盲蝽在棉田的危害。岳臻［25］對(duì)調(diào)控取食的神經(jīng)肽NPF、NPY基因進(jìn)行了分子克隆和功能研究，并對(duì)轉(zhuǎn)干擾載體NPF2-pCAMBIA3301的棉花進(jìn)行Northern blot和Southern blot檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植株均能夠表達(dá)NPF基因，同時(shí)棉鈴蟲(chóng)取食轉(zhuǎn)基因棉花后NPF表達(dá)量下降，取食量減少，生長(zhǎng)減慢。王傳鵬［26］利用RNAi技術(shù)對(duì)細(xì)胞色素P450基因CYP6CY19進(jìn)行干擾，并觀(guān)察干擾后蚜蟲(chóng)對(duì)棉花和黃瓜的適應(yīng)性差異，結(jié)果顯示棉花型棉蚜的RNAi干擾效率高于黃瓜型棉蚜，干擾CYP6CY19基因后，影響了棉蚜的產(chǎn)仔量和存活率，且對(duì)棉花型棉蚜的影響大于黃瓜型棉蚜，主要表現(xiàn)為產(chǎn)仔量減少和存活率降低，研究結(jié)果為探索棉蚜寄主專(zhuān)化型形成的分子機(jī)制提供了重要信息。

3 基因編輯創(chuàng)制抗蟲(chóng)棉花研發(fā)動(dòng)態(tài)

基因編輯是一種能對(duì)生物體基因組特定目標(biāo)基因進(jìn)行修飾的基因工程技術(shù)，給基因定向修飾提供了新的途徑。CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)具有周期短、效率高、成本低等優(yōu)勢(shì)，在生物育種上潛力巨大［27］。

Lin等［28］利用棉鈴蟲(chóng)抗性和易感種群間的全基因組關(guān)聯(lián)分析、精細(xì)遺傳作圖和DNA序列比較等方法，發(fā)現(xiàn)在棉鈴蟲(chóng)四跨膜蛋白基因HaTSPAN1中一個(gè)顯性突變可以使棉鈴蟲(chóng)對(duì)Cry1Ac蛋白產(chǎn)生抗性。利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除HaTSPAN1基因可以恢復(fù)棉鈴蟲(chóng)抗性個(gè)體的敏感性，而插入突變卻可以使易感個(gè)體產(chǎn)生125倍的抗性。金雙俠等［29］利用構(gòu)建sgRNA文庫(kù)的方法對(duì)500多個(gè)棉花內(nèi)源的抗蟲(chóng)相關(guān)基因進(jìn)行飽和敲除，對(duì)獲得的突變體庫(kù)進(jìn)行抗蟲(chóng)鑒定，發(fā)現(xiàn)有10%的突變體抗蟲(chóng)性發(fā)生了變化，通過(guò)對(duì)sgRNA的靶標(biāo)位點(diǎn)信息進(jìn)行分析，獲得了這些突變的靶標(biāo)基因的信息，直接合成了靶標(biāo)信息明確且有抗蟲(chóng)功能的突變體材料。Muhammad［30］為了研究棉花與煙粉虱之間的分子互作，選擇2個(gè)內(nèi)源棉花抗蟲(chóng)基因GhMLP423和GhPR10，利用CRISPR/Cas9技術(shù)和超表達(dá)技術(shù)分別敲除和超表達(dá)這2個(gè)基因，研究結(jié)果表明，過(guò)表達(dá)GhMLP423和GhPR10的材料抗煙粉虱性能使基因編輯敲除的材料抗性降低，這2個(gè)基因在調(diào)控棉花抗煙粉虱調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中起著重要的作用。這些研究結(jié)果為棉花通過(guò)基因編輯進(jìn)行抗蟲(chóng)育種研究開(kāi)辟了一條新途徑。目前，由于CRISPR/Cas9技術(shù)在棉花這類(lèi)多倍體作物中普遍存在的脫靶問(wèn)題在棉花抗蟲(chóng)研究中的應(yīng)用和成功范例不多，主要集中于棉花棉鈴蟲(chóng)易感基因的挖掘。未來(lái)研究中，隨著對(duì)CRISPR/Cas9系統(tǒng)不斷優(yōu)化，相信CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)會(huì)在棉花優(yōu)良性狀改良和綜合性狀的提高方面帶來(lái)新的突破［31］。

4 轉(zhuǎn)次生代謝物基因與棉花抗蟲(chóng)性的相關(guān)研究

植物次生代謝物能抵御外界不良的環(huán)境影響，植物防御病蟲(chóng)害的主要次生代謝物有酚類(lèi)、萜類(lèi)、生物堿等，其中5-羥色胺是生物堿類(lèi)色氨酸途徑中產(chǎn)生的次生代謝物。孫佩瑤［32］研究發(fā)現(xiàn)棉花體內(nèi)5-羥色胺的表達(dá)與其對(duì)綠盲蝽的抗性存在負(fù)相關(guān)，但與煙粉虱的抗性無(wú)關(guān)。胡琴［33］從棉花原生質(zhì)體細(xì)胞壁重建的抑制消減雜交文庫(kù)中克隆了1個(gè)能夠促進(jìn)細(xì)胞壁合成的基因GhLac1，并對(duì)其在介導(dǎo)棉花廣譜抗性中的作用機(jī)制進(jìn)行了研究，結(jié)果表明超量表達(dá)GhLac1能夠促進(jìn)木質(zhì)素合成并增強(qiáng)棉花的廣譜抗性，提高了轉(zhuǎn)基因棉花對(duì)黃萎病菌、棉鈴蟲(chóng)和棉蚜的抗性。張肖麗［34］對(duì)不同棉酚含量棉花品種的抗蟲(chóng)性進(jìn)行了鑒定，結(jié)果顯示棉酚可影響棉鈴蟲(chóng)、甜菜夜蛾的生長(zhǎng)發(fā)育，這與棉花防御酶、昆蟲(chóng)解毒酶及乙酰膽堿酯酶相關(guān)，且棉酚含量越高，棉花抗蟲(chóng)性越強(qiáng)。

5 展望

單價(jià)抗蟲(chóng)棉只對(duì)以棉鈴蟲(chóng)為主的鱗翅目和鞘翅目害蟲(chóng)有抗殺作用，對(duì)棉蚜、紅蜘蛛、棉盲蝽、煙飛虱等害蟲(chóng)沒(méi)有作用或效果甚微。長(zhǎng)期種植轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉，雖有效防治了棉鈴蟲(chóng)的發(fā)生，但由于農(nóng)藥施用量大大減少，一些次要害蟲(chóng)，如盲蝽象、蚜蟲(chóng)等危害日益突出，逐漸上升成為棉花主要害蟲(chóng)；同時(shí)，抗蟲(chóng)棉本身也存在生長(zhǎng)發(fā)育后期抗蟲(chóng)性下降、可能發(fā)生抗性棉鈴蟲(chóng)等綜合問(wèn)題，所以需要加大力度尋找新型有效的抗蟲(chóng)基因資源。采用RNA干擾、基因編輯等新型生物技術(shù)手段研發(fā)轉(zhuǎn)新型雙基因、多基因的抗蟲(chóng)棉，有利于提高轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的綜合抗蟲(chóng)能力。

目前，發(fā)現(xiàn)并登記的cry1～cry67基因大約有190種，但獲得轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的Bt基因僅有幾種，如cry1A、cry1Ab、cry1Ac、cry1F、cry2Ab及cry2Ae等。挖掘新的Bt基因，培育和現(xiàn)有Bt棉花不同作用機(jī)制的新抗蟲(chóng)棉花品種，或者研發(fā)針對(duì)同一害蟲(chóng)進(jìn)行多種Bt毒素疊加的抗蟲(chóng)棉，對(duì)棉鈴蟲(chóng)等靶標(biāo)害蟲(chóng)的抗性治理具有十分重要的意義。此外，為了延緩抗性害蟲(chóng)的產(chǎn)生和延長(zhǎng)轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉的使用年限，可以將不同殺蟲(chóng)機(jī)理的Bt基因同時(shí)導(dǎo)入棉株，利用不同基因的互補(bǔ)作用來(lái)增加抗蟲(chóng)范圍和抗性水平。如Vip3與Cry蛋白具有不同的殺蟲(chóng)機(jī)制且它們的殺蟲(chóng)譜互補(bǔ)性很強(qiáng)，采取這2類(lèi)基因疊加的策略來(lái)研發(fā)新型轉(zhuǎn)基因抗蟲(chóng)棉花，有望得到更廣譜的抗蟲(chóng)品種。