转Hap1基因小麦的韧皮部防卫反应与抗蚜机制开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

小麦蚜虫俗称油虫、腻虫，是小麦的主要害虫之一，主要有麦二叉蚜、麦长管蚜和禾谷缢管蚜三种，可对小麦进行刺吸危害，影响小麦光合作用及营养吸收、传导。小麦抽穗后集中在穗部危害，形成秕粒，使千粒重降低造成减产。全世界各麦区均有发生。主要危害麦类和其他禾本科作物与杂草，若虫、成虫常大量群集在叶片、茎秆、穗部吸取汁液，被害处初呈黄色小斑，后为条斑，枯萎、整株变枯至死。针对麦蚜危害的机制，小麦韧皮部防卫反应对抵抗麦蚜危害起关键作用，因此，利用调控防卫反应信号传导的关键基因，调动小麦韧皮部防卫反应能力，是抗蚜虫小麦转基因育种的重要途径。激发子harpins能启动植物不同的植物生长与防卫信号通路，进而在植物上引起多种有益型表现，前期研究表明，harpins基因能诱导植物抗蚜虫。因此，本实验主要研究转hpa1基因小麦的韧皮部防卫反应与抗蚜机制。

围绕提高小麦对蚜虫的抗性这一目标，前人从微生物和植物中分离到了有利用价值的基因，大体包括两类，一类是特异性抗蚜基因，如nr、vat、等基因，他们的作用机制类似于植物对病原物的专化抗性。另一类是广谱抗蚜基因，如细胞分裂素基因、蛋白酶抑制剂基因等，他们的产物可以干扰蚜虫的生长发育或影响蚜虫体营养吸收与代谢。植物凝集素是自然界中广泛分布的一类具有高度特异性糖结合活性蛋白，存在于豆科、茄科等众多植物的种子和营养器官，外源凝集素被害虫摄食后，与昆虫的消化道及肠道围食膜上的糖蛋白结合，降低膜的通透性，从而影响昆虫对营养物质的正常吸收，促进昆虫消化道中细菌的繁殖，抑制害虫的生长发育和繁殖。目前人们鉴定了多种具有应用价值的植物凝集素基因，包括雪莲花凝集素基因、苋菜凝集素基因等。所有这些基因均被认为可用于抵抗蚜虫，但目前还无转基因育种的研究报道。近20年来，国内外同行对于来自植物病原细菌的harpin家族蛋白及其生物学功能，进行了多方面的研究。1992年美国康奈尔大学beer实验室的韦忠民等人在美国《科学》杂志社报道了梨火疫病菌产生的harpinea蛋白能够诱导植物过敏反应，用harpins喷洒植物，可以增强的抗虫能力，正是harpin的这种特殊的生物学功能，harpins成为了研究植物抗虫的重要资源与材料。

小麦是仅次于水稻的第二大粮食作物，除了普通使用方式，如馒头、面包、水饺等，小麦还是制作其他各种食品的原料，保障小麦安全生产关系国计民生，病虫害防治是重中之重。根据国家粮油信息中心2007年2月的预测，全国小麦种植面积约2280万公顷，根据往年虫害发生情况，全国各地小麦均受小麦蚜虫侵袭，造成小麦损失量大15%。目前使用的各种常规防治方法均不能完全控制小麦蚜虫的发生，而且化学防治还有残毒和抗药性问题，由于harpin基因具有抗蚜虫功能，所以通过转基因手段将激发子harpin基因转入小麦种，获得转基因小麦，显而易见，抗麦蚜的转基因小麦抗性机制的研究以及种质、品系到品种的培育具有非常大的应用前景，对我国小麦安全生产将发挥重要作用。

2. 研究的基本内容和问题

研究的目标、内容和拟解决的关键问题

目标

研究转hpa1基因小麦的韧皮部防卫反应与抗蚜机制，通过转基因小麦种质培育，为品种化提供材料。

3. 研究的方法与方案

研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

研究方法

本课题研究主要涉及的方法有生物活性测定、基因克隆、转化、重组、荧光定量pcr技术、转基因分子验证、抗虫性状研究等等

4. 研究创新点

特色或创新之处

有相关研究机构和学者在抗蚜抗性机理研究方面做了不少工作，目前没有发现小麦具有专化性抗性机制，即通过类似于抗病基因的产物对昆虫的识别从而达到抗虫的效果这样一种机制。相反，植物非专化性抗虫机制则起重要作用，可以通过增强韧皮部的防卫反应，包括韧皮部蛋白的诱导积累，达到趋避蚜虫和抑制蚜虫繁殖能力的效果。因此，我们培育转基因小麦品种、品系或种质的技术目标，一是力图保留小麦原有主效基因抗病性，二是兼顾小麦韧皮部防卫反应机制，并扩大抗病范围，三是提高抗病虫水平和持久性。

5. 研究计划与进展

8-9月：转hpa110-42韧皮部防卫反应的测定

9-10月：转hpa110-42对小麦地上部与地下部生长及产量的影响

10-11月：整理分析数据、总结规律、撰写文章