抗蚜基因及其转基因作物研究进展

陈劲刘志朱生伟

（1.湖南农业大学生物科学技术学院，长沙 410128；2.中国科学院植物研究所 植物分子生理学重点实验室，北京 100093）

抗蚜基因及其转基因作物研究进展

陈劲1刘志1朱生伟2

（1.湖南农业大学生物科学技术学院，长沙 410128；2.中国科学院植物研究所 植物分子生理学重点实验室，北京 100093）

普遍且频繁发生的蚜虫危害给农业生产造成严重损失。就抗蚜虫基因工程研究取得的进展进行综述，分析目前克隆的抗蚜基因及其获得的转基因作物，并讨论转基因抗蚜中存在的问题，探讨通过新的毒杀基因克隆、基因定点突变、增加表达调控元件及利用凝集素蛋白作为运输载体等方法来提高抗蚜效果，为今后抗蚜转基因作物育种研究提供参考。

蚜虫 抗蚜基因 基因工程 转基因作物

蚜虫（Lipaphiserysimi），又称为腻虫或蜜虫，属于半翅目（Hemiptera）（原为同翅目Homoptera），分为球蚜总科（Adegoidea）和蚜总科（Aphidoidea）两大类。目前世界上已知的蚜虫种类有4 700余种，我国现已发现的约有1 000余种［1］。蚜虫以刺吸式口器从植物幼嫩茎、叶和嫩穗部位大量地吸取植物的营养成分，导致植物营养恶化，并引起植物叶片皱缩。同时，蚜虫分泌蜜露覆盖在植物叶片表面，可引起霉菌滋生，严重影响植物的呼吸作用和光合作用，致使作物产量下降［2，3］。另外，蚜虫还传播植物病毒，对农业生产造成的损失与蚜虫直接为害相比更为严重［4］。

由于蚜虫为害的普遍与频繁发生，蚜虫的有效防治一直是困扰农业生产的难题。目前主要采取药物防治、生物防治和植物基因工程防治等方法对蚜虫进行防治。农药防治具有见效快、使用方便的特点，但农药不仅污染环境，而且其残余会对人畜安全造成隐患，因而减少农药的使用已成为必然趋势。生物防治是利用蚜虫天敌或蚜虫报警信息素来防治蚜虫，由于受到一定环境条件的限制，效果不稳定。植物转基因技术的日趋成熟，使抗蚜基因工程成为防治蚜害的一条有效途径。目前已经克隆得到了大量的抗蚜虫相关基因，通过转基因技术将一些抗蚜虫基因转入了作物中，并在提高外源基因的表达及防止蚜虫产生抗性方面取得了一定的进展。

1 抗蚜基因与转基因抗蚜作物

到目前为止，已从动物、植物及微生物中鉴定出了大量具有抗蚜效应的基因，这些基因总体来说

可分为特异性抗蚜和广谱抗蚜两类。特异性抗蚜基因只在同属或是同种植物中才会表现出抗蚜作用，且这类基因只对特定的某种或几种蚜虫有效果，因此将此类基因转入其他植物中通常得不到理想的抗蚜效果。目前克隆得到的特异性抗蚜基因主要有Mi-1.2［5，6］、Rag［7］、Vat［8］、Sd1［9］等，在这些基因的转基因植物的抗蚜效果中，仅Mi-1.2基因表现出了较高抗蚜活性，其余几个抗蚜基因的效果均不理想。由于特异性抗蚜基因的抗虫谱窄，因此应用价值有限。

广谱抗蚜基因在多种植物中对多种蚜虫均有较好抗性，它能干扰蚜虫的生长发育或是影响蚜虫的营养吸收及代谢，从而达到抗蚜目的，但其具体作用机制还有待于进一步研究。目前克隆到的广谱抗蚜基因主要包括细胞分裂素基因［10，11］、蛋白酶抑制剂基因［12，13］、植物凝集素基因以及少数几种Bt基因。目前，在植物抗蚜研究中最为广泛的是植物凝集素类基因。

1.1 植物凝集素基因

植物凝集素广泛存在于植物中，能够特异性识别并结合糖类化合物的糖基，凝集细胞和沉淀糖蛋白［14］。按照所结合糖的特异性，植物凝集素分为7个家族——葫芦科韧皮部凝集素家族、2-型核糖体失活蛋白家族、豆科类凝集素家族、木菠萝（Jacalin）凝集素家族、苋菜凝集素家族、几丁质结合凝集素家族和单子叶结合甘露糖凝集素家族［15］。植物凝集素的抗虫可能从以下几个方面来抑制昆虫的生长和发育：（1）植物凝集素与昆虫消化道内细胞表面的糖基或体内糖基化的消化酶相结合，影响昆虫的消化吸收，或者凝集素在昆虫的消化道内诱发病灶，导致消化道内的有害细菌大量繁殖［16］；（2）植物凝集素能够识别并结合到昆虫围食膜的几丁质上，使昆虫消化道壁受到破坏，由此影响昆虫的生命活动；（3）植物凝集素破坏昆虫的神经系统，使神经信息传递出现絮乱，由此引发多种病变，最终导致昆虫的死亡［17］。

1.1.1 雪花莲凝集素（Galanthus nivalis agglutinin，GNA）基因 雪花莲凝集素来源于石蒜科的雪花莲，属于结合甘露糖的单子叶凝集素家族，是同源四聚体蛋白，每个亚基上包含有3个甘露糖结合位点，对刺吸式昆虫有很强的抑制作用，但对哺乳动物的毒性很低。1995年，Hilder等［18］首先将GNA基因转入烟草，转基因烟草对蚜虫有明显抗性，平均抑制率达到50%；徐琼芳等［19，20］采用基因枪法将GNA基因转入小麦品种郑州9405中，使转基因小麦虫口密度平均下降68%以上；随后将人工改造后的GNA导入小麦，T1代转基因小麦对蚜虫的抑制作用显著提高，相比对照抑制率达到了90%。钟俐等［21］、张晓英等［22］分别将GNA基因转入甜瓜、国槐中，均获得了具有一定抗蚜性的材料。我们将GNA基因导入棉花中，网室单株罩笼接蚜试验结果表明，接蚜虫10 d后，转基因棉花材料的繁殖系数与对照（875.8倍）相比减少10倍以上，减缓蚜虫危害使棉花卷叶程度；随后田间调查试验显示，棉花移栽后15 d，对照有蚜株占到31.33%，转基因材料3.53%-14.1%。11 d后，对照有蚜株率达到96.38%，严重卷叶率达到53.01%，而转基因材料有蚜株率38.82%-80.77%，严重卷叶率17.64%-46.15%。这些结果说明，通过导入GNA基因可以使棉花对蚜虫具有一定的耐性，明显降低蚜虫的繁殖系数，在蚜虫爆发时与对照比较可推迟8-10 d卷叶，此时蚜虫天敌（瓢虫、草蛉等）开始出现，可以控制和消灭棉蚜，起到生产上不打农药控制蚜虫危害的效果（未发表）。

1.1.2 三 叶 半 夏 凝 集 素（Pinellia ternata Breit. Agglutinin，PTA）基因和掌叶半夏凝集素（Pinellia pedatisecta agglutinin，PPA）基因 三叶半夏和掌叶半夏块茎的粗提物中主要含有植物凝集素蛋白PTA和PPA，其结构和作用机理与GNA相似，特异地识别并结合微生物细胞壁或昆虫消化道表面的甘露糖残基，对人和哺乳动物的毒性较低［23］。黄大昉等［24］用0.2%浓度的PTA饲喂蚜虫，当处理到第5天时，蚜虫的死亡率达到了80%-90%；Yao等［25］采用0.1%浓度的PTA饲喂桃蚜，当处理到第12天时所有蚜虫全部死亡，说明半夏凝集素PTA具有非常好的抗蚜效果。Yu等［26］构建了cryIa和PTA的双元表达载体，采用农杆菌介导法转化小麦，对两个转基因株进行抗蚜鉴定发现，蚜虫的存活率分别为54%和78%。吴志明等［27］克隆并将PTA基因转化烟草，

获得转基因烟草对蚜虫的平均抑制率达到77.02%；而Wu等［28］将掌叶半夏PPAb基因转入烟草，转基因烟草对蚜虫平均抑制率达到了90.28%以上，并发现掌叶半夏不同部位表达不同的凝集素基因，如PPAb是一种块茎中特异表达的凝集素基因，在其他部位基本不表达。Lin等［29］也发现了一种叶片中特异表达的PPA基因。因此，在植物不同部位表达相应不同的高活性凝集素基因，各个凝集素基因互为不同的亚型，功能互补，可能会提高抗蚜的效果。

1.1.3 尾穗苋凝集素（Amaranthus caudatus agglutinin，ACA）基因 ACA是一种来自苋菜种子的贮藏蛋白，属苋菜凝集素家族，是同源二聚体蛋白，含有两个糖基结合位点，能特异结合2-乙酰氨基-2-脱氧-D半乳糖［30］。ACA是一类比GNA抗蚜活性更高的凝集素。由于ACA含有多种人体必需氨基酸［30］，它除抗蚜效果外，还有助于改善作物营养品质。郭洪年等［31］将含CoYMV韧皮部特异性启动子的ACA基因转入烟草，转基因烟草的蚜口抑制率高达75.3%，高于相同韧皮部特异性启动子驱动的转GNA基因烟草蚜口抑制率；Wu等［32］将在CoYMV韧皮部特异性启动子驱动下的ACA基因转入棉花，获得的抗蚜棉对蚜虫平均抑制率达到64.5%。

1.1.4 大蒜凝集素（Allium sativum leaf agglutinin，ASAL）基因 大蒜凝集素基因是由Dutta等［33］最先克隆到，属于单子叶甘露糖凝集素基因家族，由两个相同的亚基组成，能特异性地识别甘露糖。Sadeghi等［34］将韧皮部特异性启动子驱动的ASAL基因导入烟草，转基因烟草表现出了良好的抗蚜性，蚜口密度降低了60%，且成蚜发育迟缓；Chakraborti等［35］将ASAL基因转入鹰嘴豆，获得的抗蚜鹰嘴豆材料对蚜虫致死率高达90%以上。

1.1.5 伴刀豆凝集素（Concanavalin A，Con A）基因伴刀豆凝集素最初从蓖麻中分离得到，它由4个亚基组成，能特异地结合半乳糖和甘露糖。Con A通过改变蚜虫氨基酸的代谢过程来实现对蚜虫的抗性［36］。将含有Con A凝集素的人工饲料饲喂蚜虫，当Con A的浓度达到2 mg/mL时，所有蚜虫5 d之内全部死亡，并伴随着对蚜虫生长、发育和繁殖的抑制作用［37］；Gatehouse等［38］将Con A基因转入马铃薯，转基因马铃薯能显著抑制虫卵的重量。

1.1.6 苋菜凝集素（Amaranth lectins，AHA） 苋菜凝集素基因克隆于苋菜种子，其广泛存在于苋科植物中。周永刚等［39］首先克隆到AHA基因，将其转入烟草，转基因烟草抗蚜效率能达到90%以上，AHA基因表现出了较强的抗蚜潜力；Guo等［31］将AHA基因置于CoYMV启动子的调控下转入烟草，与对照相比，转基因烟草的抗蚜效率达到了75%以上，且转基因烟草上的蚜虫出现了死亡现象。邓智年等［40］将AHA基因转入小白菜中，转基因小白菜对桃蚜的平均抑制率为55.8%。

1.1.7 麦胚凝集素（Wheat germ agglutinin，WGA）麦胚凝集素基因，是从小麦胚芽中克隆得到的一种凝集素基因，该基因翻译出的完整凝集素蛋白，含有两个相同的亚基，且每个亚基上包含有两个N-乙酰葡萄糖胺结合位点。将WGA基因转化油菜，转基因油菜表现出了明显的抗蚜性，且抗蚜性能在子代群体中遗传［41］。

1.1.8 海 芋 凝 集 素（Alocasia macrorrhiza lectin，AML） 海芋凝集素最先是由侯学文等［42］从天南星科植物海芋中分离得到。随后，Zhu等［43］从海芋块茎中克隆得到了AML基因，将该基因采用农杆菌侵染法转化烟草，转基因烟草表现出了很强的抗蚜性。潘科等［44］用AML分别处理豆蚜离体蛋白酶和淀粉酶发现，AML能显著抑制豆蚜蛋白酶和淀粉酶活性，由此推测AML是通过抑制蚜虫消化道内的消化酶活性来达到抗蚜目的。

1.2 其他抗蚜基因及方法

1.2.1 RNA干扰抗蚜 RNA干扰（RNAi）是指细胞内形成的双链RNA（dsRNA），能够特异性地抑制基因的表达。细胞中存在dsRNA的情况下，新的dsRNA会在dicer酶的作用下不断形成，且由于dsRNA可在相邻细胞间自由运输，所以当外源dsRNA进入蚜虫体内后，RNAi作用会在其整个生长发育期间的所有细胞内存在，从而达到抗蚜目的。利用RNAi技术培育抗蚜作物的关键在于选择合适的靶基因和植物细胞中产生足够量的dsRNA，且能通过蚜虫的取食进入其体内而不被降解。Pitino等［45］构建了C002和Rack-1基因dsRNA载体，成功转化烟草后能够有效抑制目标基因的表达和抑制桃蚜的

生长发育；Mao等［46］构建了gap-geneRNAi表达载体，该载体的转基因烟草能显著抑制目标基因的表达，进而抑制蚜虫的生长发育。此外，Ma等［47］克隆得到了蚜虫异戊烯转移酶基因，该基因控制着蚜虫多种与生命活动相关物质的代谢，如果能通过RNAi技术，沉默掉蚜虫异戊烯转移酶基因，则可有效防止蚜害的发生。

1.2.2 苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonialyase，PAL） 苯丙氨酸解氨酶是苯丙烷类代谢最上游的酶类，它参与了植物多种次生代谢物的合成，如黄酮、类黄酮和花色素甙等，而这些物质均与植物的逆境耐受有关。李进步等［48］在探讨棉花的抗蚜性与PAL的关系时发现，抗蚜棉花在受到蚜害胁迫时，其植物体内的PAL活性显著高于感蚜品种，这从侧面反映了PAL与植物的抗蚜关系。Han等［49］的研究也表明，蚜害能使小麦旗叶中的PAL活性显著升高。

1.2.3 蚜虫报警信息素（EβF） 除上述抗蚜基因及方法外，近期发现蚜虫报警信息素的主要成分EβF会使蚜虫停止取食，甚至从取食的植物叶片上脱落下来，并能吸引天敌的捕食和产卵［50］。Beale［51］将欧洲薄荷EβF基因转入拟南芥，转基因植株表现出对蚜虫产生警戒反应并吸引蚜虫的天敌；邓青等［37］研究发现转EβF合成酶基因小麦使蚜虫净生殖率下降，种群繁殖加倍时间延长，蚜虫种群增长受到抑制。此外，有研究表明将烟草阴离子过氧化酶在植物中过量表达，也能增强植物对桃蚜的抗性［52］。

2 转基因抗蚜作物存在的问题

传统育种在抗蚜育种上起到了非常重要的作用，但由于抗蚜亲本资源的匮乏，以及育种周期长、工作量大，在很大程度上制约抗蚜新品种的培育。利用转基因技术将抗蚜基因导入作物中，使其获得抗蚜虫能力，已经成为作物抗蚜育种的途径之一。目前已报道了大量抗蚜基因及其转基因抗蚜植物，但尚未见到相关抗蚜品种在大田推广应用。这可能是由于这些抗蚜基因转入作物中表达量较低，导致转基因植株抗蚜效果难以满足实际生产需求。如Carrillo等［53］将大麦半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因转入拟南芥，转基因拟南芥在一定程度上抑制蚜虫的发育，但对蚜虫的死亡率没有影响。Miao等［54］发现转GNA基因小麦能够延长蚜虫口针对筛管的探索时间和缩短蚜虫的取食时间，以及降低蚜虫的繁殖率，但仅限于第1、2代蚜虫的繁殖，从第3代开始对蚜虫繁殖率的影响逐渐减小。另外，转基因作物的安全性一直备受争议。现有的大多数抗蚜基因虽然对哺乳动物没有明显毒性，但会直接或间接影响蚜虫天敌的生长发育和繁殖。如研究发现转GNA基因植物抑制蚜虫的同时也能显著降低蚜虫天敌如蚜茧蜂、甘蓝夜蛾赤眼蜂和菜粉蝶盘绒茧蜂的存活率［55，56］。近年来，研究发现转基因中常采用的CaMV35S启动子可能是一个重组热区［57，58］，在转基因动物细胞中检测到了35S启动子活性，这进一步引起了人们对转基因安全性的思考。

3 展望

蚜虫生长迅速，繁殖速度快，转基因植物中外源蛋白表达量低易使蚜虫产生抗性［59］。为提高转基因作物的抗蚜效果，继续挖掘更多的抗蚜基因，从中筛选出活性高、抗性强的抗蚜基因，是一条提高转基因植物抗蚜有效途径。另外，考虑到目前克隆的抗蚜基因主要是抑制蚜虫的繁殖与生长发育，在今后的研究中要加强对蚜虫具有直接毒杀作用基因的克隆，并将这两类基因转入同一作物，可有效防治蚜虫抗性的形成。此外，根据不同物种对密码子的偏好性，对现有的抗蚜基因进行改造，以及通过加入增强子等调控元件，可以使外源基因在目标作物中更好的表达，提高转基因作物的抗蚜能力。如袁正强等［60］对GNA基因进行定点突变后获得的转基因植株对蚜口密度的抑制率提高到70%以上；Qin等［61］发现，烟草花叶病毒Ω序列可将原生质体中GUS基因的表达量提高3-17倍，因此烟草花叶病毒Ω序列可作为一个有效的增强子，用于提高外源基因的表达量。

除了采取以上提高转基因作物抗蚜虫效果的方法外，还可以根据蚜虫的取食特点，选择组织特异性启动子来调控外源基因的表达，不仅会减少植物体内营养物质的浪费，还能有效降低蚜虫抗性的形成。目前已有很多人尝试了用韧皮部启动子调控抗蚜基因的表达［31，32，34］，但不同的韧皮部启动子所

介导的抗蚜效率也明显不同。许兰珍等［62］比较研究了GRP、Rolc和RSSI三个韧皮部启动子的活性发现，Rolc启动子活性最强，但在根和茎中是组成型表达，GRP启动子活性较强且有严格的韧皮部组织特异性，RSSI活性最弱。对BSA韧皮部启动子的表达分析发现其活性明显低于35S启动子［63］。因而，在韧皮部启动子的选择上要筛选特异性高、活性强的启动子，才能有效地提高抗蚜效率。

最近，Fitches等［64］研究发现GNA在蚜虫消化道内并不能起到直接的毒杀功能，而是起到一种运输载体的作用，能将消化道内的其他有毒物质转运到蚜虫的淋巴系统中，形成对蚜虫的毒杀作用。根据GNA的这种特性，Peumans等［65］提出了可以将有毒蛋白基因与GNA基因相融合，表达出的融合蛋白就可以借助GNA运输进入蚜虫体内，从而达到抗蚜目的，这为作物转基因抗蚜提供了又一条新思路。

［1］黄晓磊, 乔格侠. 蚜虫学研究现状与学科发展趋势［J］.昆虫学报, 2006, 49（6）：1017-1026.

［2］Hogenhout SA, Bos JI. Effector proteins that modulate plant-insect interactions［J］. Current Opinion in Plant Biology, 2011, 14（4）：422-428.

［3］Delp G, Gradin T, Ahman I, et al. Microarray analysis of the interaction between the aphid Rhopalosiphum padiand host plants reveals both differences and similarities between susceptible and partially resistant barley lines［J］. Molecular Genetics Genomics, 2009, 281（3）：233-248.

［4］Bos JIB, Prince D, Pitino M, et al. A functional genomics approach identifies candidate effectors from the aphid species Myzus persicae（green peach aphid）［J］. PloS Genetics, 2010, 6（11）：1-13.

［5］Clare LC, Linda LW, Timothy DP. Behavior and biology of the tomato psyllid, Bactericerca cockerelli, in response to the Mi-1.2 gene［J］. Entomologia Experimentalis et Applicata, 2006, 121（1）：67-72.

［6］Casteel CL, Walling LL, Paine TD. Behavior and biology of the tomato psyllid, Bactericerca cockerelli, in response to the Mi-1.2 gene［J］. Entomologia Experimentalis et Applicata, 2006, 121（1）：67-72.

［7］Li Y, Hill CB, Carlson SR, et al. Soybean aphid resistance genes in the soybean cultivars Dowling and Jackson map to linkage group M［J］. Molecular Breeding, 2007, 19（1）：25-34.

［8］Klingler J, Creasy R, Gao L, et al. Aphid resistance in Medicago truncatula involves antixenos is and phloem-specific, inducible antibiosis, and maps to a single locus flanked by NBS-LRR resistance gene analogs［J］. Plant Physiology Preview, 2005, 137（4）：1445-1455.

［9］Pascal T, Pfeiffer F, Kervella J, et al. Inheritance of green peach aphid resistance in the peach cultivar ‘Rubira’［J］. Plant Breeding, 2002, 121（5）：459-461.

［10］Smigocki A, Neal JW, McCanna I, et al. Cytokinin-mediated insect resistance in Nicotiana plants transformed with the ipt gene［J］. Plant Molecular Biology, 1993, 23（2）：325-335.

［11］李海林, 赵德刚. 转IPT基因油菜提高抗蚜能力［J］. 分子植物育种, 2011, 9（3）：343-349.

［12］Haq SK, Atif SM, Khan RH, et al. Protein proteinase inhibitor genes in combat against insects, pests, and pathogens：natural and engineered phytoprotection［J］. Archives of Biochemistry and Biophysics, 2004, 431（1）：154-159.

［13］Carrillo L, Martinez M, Alfageme F, et al. A barley cysteineproteinase inhibitor reduces the performance of two aphid species in artificial diets and transgenic Arabidopsis plants［J］.Transgenic Research, 2011, 20（2）：305-319.

［14］郭洪年, 侯汉娜, 欧阳青, 等.抗蚜基因及其转基因植物［J］.中国生物工程杂志, 2008, 28（6）：118-124.

［15］Van DEJM, Lannoo N, Peumans WJ. Plant lectins［J］. Advances in Botanical Research, 2008, 48（3）：107-209.

［16］张彦, 喻修道, 唐克轩, 等.用基因枪法获得转异天南星基因aha抗蚜虫小麦［J］.作物学报, 2012, 38（8）：1538-1543.

［17］Bosland PW, Ellington JJ. Comparison of Capsicum annuum and C. pubescens for antixenosis as a means of Aphid resistance［J］. HortScience, 1996, 31（6）：1017-1018.

［18］Hilder VA, Powell KS, Gatehouse AMR, et al. Expression of snowdrop lectin in transgenic tobacco plants results in added protection against aphids［J］. Transgenic Research, 1995, 4（1）：18-25.

［19］徐琼芳, 田芳, 陈孝, 等. 转基因抗虫小麦中sgna 基因的遗传分析及抗虫性鉴定［J］.作物学报, 2004, 30（5）：475-480.

［20］徐琼芳, 田芳, 陈孝, 等. 转GNA基因小麦新株系的分子检测和抗蚜虫性鉴定［J］.麦类作物学报, 2005, 25（3）：7-10.

［21］钟俐, 李群, 李冠.雪花莲凝集素基因转化新疆甜瓜抗蚜虫的

研究［J］.新疆农业科学, 2009, 46（3）：556-560.

［22］张晓英, 甘敬, 尹伟伦, 等. 国槐转雪花莲凝集素基因及抗蚜性［J］.吉林科学, 2010, 46（2）：51-56.

［23］柳秀峰, 刘志铭, 刘德璞, 等. CrylA（a）-Pta双价抗虫基因转化粳稻及二化螟抗性评估［J］.分子植物育种, 2006, 4（3）：345-350.

［24］黄大昉, 潘映红, 张淑香, 等. 从掌叶半夏和半夏中发现对几种蚜虫有致死活性的蛋白［J］.中国农业科学, 1997, 30（2）：94-96.

［25］Yao JH, Zhao XY, Liao ZH, et al. Cloning and molecular characterization of a novel lectin gene from Pinellia ternate［J］. Cell Research, 2003, 13（10）：301-308.

［26］Yu Y, Wei Z. Increased oriental armyworm and aphid resistance in transgenic wheat stably expressing Bacillus thuringiensis（Bt）endotoxin and Pinellia ternate agglutinin（PTA）［J］. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 2008, 94（1）：33-44.

［27］吴志明, 董文琦, 党志红, 等. 半夏凝集素基因克隆及其对桃蚜的抗性研究［J］. 南京农业大学学报, 2010, 33（2）：45-50.

［28］Wu ZM, Yan HB, Pan WL, et al. Transform of an ectopically expressed bulb lectin gene from Pinellia pedatisecta into tobacco plants conferring resistance to aphids［J］. Australian Journal of Crop Science, 2012, 6（5）：904-911.

［29］Lin J, Zhou SG, Liu XJ, et al. cDNA cloning and expression analysis of a mannose-binding lectin from Pinellia pedatisecta［J］. Journal of Biosciences, 2007, 32（2）：241-249.

［30］Raina A, Datta A. Molecular cloning of a gene encoding a seedspecific protein with nutritionally balanced amino acid composition from Amaranthus［J］. Plant Biology, 1992, 89（24）：11774-11778.

［31］Guo HN, Zhou YG, Zhang ZS, et al. Effects of transgenic tobacco plants expressing ACA gene from Amaranthus caudatus on the population development of Myzus persicae［J］. Acta Botanica Sinica, 2004, 46（9）：1100-1105.

［32］Wu J, Luo X, Guo H, et al. Transgenic cotton, expressing Amaranthus caudatus agglutinin, confers enhanced resistance to aphids［J］. Plant Breeding, 2006, 125（4）：390-394.

［33］Dutta I, Saha P, Majumder P, et al. The efficacy of a novel insecticidal protein. Allium sativum leaf lectin（ASAL）, against homopteran insects monitored in transgenic tobacco［J］. Plant Biotechnology Journal, 2005, 3（6）：601-611.

［34］Sadeghi A, Broeders S, De GH, et al. Expression of garlic leaf lectin under the control of the phloem-specific promoter Asusl from Arabidopsis thaliana protects tobacco plants against the tobacco aphid（Myzus nicotianae）［J］. Pest Management Science, 2007, 63（12）：1215-1223.

［35］Chakraborti D, Sarkar A, Mondal HA, et al. Tissue specific expression of potent insecticidal, Allium sativum leaf agglutinin（ASAL）in important pulse crop, chickpea（Cicer arietinum L.）to resist the phloem feeding Aphis craccivora［J］. Transgenic Research, 2009, 18（4）：529-544.

［36］Sauvion N, Nardon C, Febvay G, et al. Binding of the insecticidal lectin Concanavalin A in pea aphid, Acyrthosiphon pisum（Harris）and induced effects on the structure of midgut epithelial cells［J］. Journal of Insect Physiology, 2004, 50（12）：1137-1150.

［37］邓青. 转基因抗蚜小麦抗麦长管蚜效果的评价技术研究［D］.北京：中国农业科学院, 2012.

［38］Gatehouse AMR, Davidson GM, Stewart JN, et al. Concanavalin a inhibits development of tomato moth（Lacanobia oleracea）and peach-potato aphid（Myzus persicae）when expressed in transgenic potato plants［J］. Molecular Breeding, 1999, 5（2）：153-165.

［39］周永刚, 田颖川, 莽克强, 等. 苋菜凝集素基因的克隆及在转基因烟草中抗蚜性的研究［J］.生物工程学报, 2002, 17（3）：34-39.

［40］邓智年, 魏源文, 吕维莉, 等. MAR序列介导野苋菜凝集素基因在白菜中的表达［J］. 园艺学报, 2007, 34（2）：381-386.

［41］Kanrar S, Venkateswari J, Kirti PB, et al. Transgenic indian mustard（Brassica juncea）with resistance to the mustard aphid（Lipaphis erysimi Kalt.）［J］. Plant Cell Reports, 2002, 20（10）：976-981.

［42］侯学文, 吴伯良, 曾仲奎, 等. 海芋凝集素的鉴定及性质研究［J］. 暨南大学学报, 1998, 19（3）：89-93.

［43］Zhu YR, Wang J, Huang BQ, et al. Molecular cloning of a lectin cDNA from Alocasia macrorrhiza and prediction of its characteristics［J］. Journal of Plant Physiology and Molecular Biology, 2006, 32（6）：634-642.

［44］潘科, 黄炳球, 侯学文.海芋凝集素对豆蚜淀粉酶、蛋白酶活性的影响［J］.广东农业科学, 2010, 10（3）：103-105.

［45］Pitino M, Coleman AD, Maffei ME, et al. Silencing of aphid genes

by dsRNA feeding from plants［J］. PloS One, 2011, 6（10）：117-128.

［46］Mao JJ, Zeng FR. Plant-mediated RNAi of a gap gene-enhanced tobacco tolerance against the Myzus persicae transgenic research［J］. Transgenic Research, 2014, 23（1）145-152.

［47］Ma GY, Sun XF, Zhang YL, et al. Molecular cloning and characterizationof a prenyltransferase from the cotton aphid, Aphis gossypii［J］. Insect Biochem Mol Biol, 2010, 40（7）：552-561.

［48］李进步, 方丽平, 张亚楠, 等. 棉花抗蚜性与苯丙氨酸解氨酶活性的研究［J］. 昆虫知识, 2008, 45（3）：422-425.

［49］Han Y, Wang Y, Bi JL, et al. Constitutive and induced activities of defense-related enzymes in aphid-resistant and aphid-susceptible cultivars of wheat［J］. J Chem Ecol, 2009, 35（2）：176-182.

［50］Yu XD, Jones HD, Ma YZ, et al.（E）-β-farnesene synthase genes affect aphid（Myzus persicae）infestation in tobacco（Nicotiana tabacum）［J］. Funct Integr Genomics, 2012, 12（1）：207-213.

［51］Beale MH, Birkett MA, Bruce TJA, et al. Aphid alarm pheromone produced by transgenic plants affects aphid and parasitoid behavior［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2006, 103（27）：10509-10513.

［52］Dowd PF, Lagrimini LM, Carozzi N, et al. Advances in insect control：the role of transgenic plants［C］. Taylor & Francis, 1997：1195-2231.

［53］Carrillo L, Martinez M, Alfageme F, et al. A barley cysteineproteinase inhibitor reduces the performance of two aphid species in artificial diets and transgenic Arabidopsis plants［J］. Transgenic Research, 2011, 20（2）：305-319.

［54］Miao J, Wu YQ, Xu WG, et al. The impact of transgenic wheat expressing GNA（snowdrop lectin）on the aphids sitobion avenae, schizaphis graminum, and Rhopalosiphum padi［J］. Entomological Society of America, 2011, 40（3）：743-748.

［55］Romeis J, Babendreier D, Wackers FL. Consumption of snowdrop lectin（Galanthus nivalis agglutinin）causes direct effects on adult parasitic wasps［J］. Oecologia, 2003, 134（4）：528-536.

［56］Hogervorst PAM, Wackers FL, Woodring JR, et al. Snowdrop lectin（Galanthus nivalis agglutinin）in aphid honeydew negatively affects survival of a honeydew-consuming parasitoid［J］. Agricultural and Forest Entomology, 2009, 11（2）：161-173.

［57］Kohli A, Griffiths S, Palacias N, et al. Molecular characterization of transforming plasmid rearrangements in transgenic rice reveals a recombination hotspot in the CaMV35S promoter and confirms the predominance of microhomology mediat-ed recombination［J］. Plant Journal, 1999, 17（6）：591-601.

［58］Ballas N, Broido S, Soreq H, et al. Efficient functioning of plant promoters and poly（A）sites in Xenopus oocytes［J］. Nucleic Acids Research, 1989, 17（19）：7891-7903.

［59］Vos MD, Cheng WY, Summers HE, et al. Alarm pheromone habituation in Myzus persicae has fitness consequences and causes extensive gene expression changes［J］. National Academy of Sciences, 2010, 107（33）：14673-14678.

［60］袁正强, 赵存友, 周岩, 等. 雪花莲凝集素基因（gna）的改造及其抗蚜性［J］. 植物学报, 2001, 48（6）：592-597.

［61］Qin HM, Guo HN, Jia YT, et al. The effect of TMV-RNA untranslation region on the expression lever of foreign gene in en-tire plant［J］. Chin Sci Bull, 2000, 45（6）：617-622.

［62］许兰珍, 彭爱红, 何永睿, 等. 异源韧皮部特异启动子在转基因枳中的表达［J］. 园艺学报, 2014, 41（1）：1-8.

［63］蒋浩, 秦红敏, 田颖川. 杨树皮储存蛋白基因启动子的克隆和功能研究［J］. 林业科学, 1999, 35（5）：46-50.

［64］Fitches E, Audsley N, Gatehouse JA, et al. Fusion proteins containing neuropeptides as novel insect control agents：snowdrop lectin delivers fused allatostatin to insect haemolymph following oral ingestion［J］. Insect Biochemistry and Molecular Biology, 2002, 32（12）：1653-1661.

［65］Peumans WJ, Fouquaert E, Jauneau A, et al. The liverwort Marchantia polymorpha expresses orthologs of the fungal Agaricus bisporus agglutinin family［J］. Plant Physiology, 2007, 144（2）：637-647.

（责任编辑 狄艳红）

Progress in Aphid-resistant Genes and Transgenic Crop Research

Chen Jin1Liu Zhi1Zhu Shengwei2
（1. College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128；2. Key Laboratory of Plant Molecular Physiology，Institute of Botany，CAS，Beijing 100093）

Aphids damage, commonly and frequently occurring, caused serious losses to agricultural production. In the paper, we reviewed the progress in genetic engineering for aphid resistance, the genes resistant to aphids and their transgenic research, as well as problems existing in aphid resistance at present, and discussed employment of the methods such as cloning of direct toxin genes, site-directed mutagenesis, increasing of expressed regulation elements, lectin proteins as transport carrier to enhance aphid resistance for the aphid-resistant crops breeding program in the future.

Aphid Aphid-resistant gene Genetic engineering Transgenic crops

2014-03-14

国家“863计划”资助项目（2012AA101108）

陈劲，男，硕士研究生，研究方向：植物基因工程；E-mail：cj314520503@163.com

朱生伟，男，副研究员，硕士生导师，研究方向：植物激素信号转导过程和机理；E-mail：zhusw@ibcas.ac.cn