几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因研究进展

几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶是重要的水解酶,实践证明,转几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因植物能比较有效地抵抗真菌侵染。本综述了几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶结构分类、抗真菌机理．及其近年来在抗黄曲霉病研究中的应嗣研究,并对今后的研究及应用进行了预测。     

转几丁质酶基因防植物病害研究:进展、问题与展望

综合评述了近几年转几丁质酶基因防植物病害研究中的发现与进展：（１）至少３１种病原真菌（含变种和专化型）可诱导植物几丁质酶,（２）据称已提纯的植物几丁质酶对立枯丝核菌等真菌呈现了体外抑菌活性;（３）一些生防细菌的防病作用依赖于其几丁质酶基因的存在;（４）数种植物几丁质酶基因和一种细菌几丁质酶基因已被转入水稻、烟草、番茄等植物,一些转基因株系抗病性显著增强;（５）粘质沙雷氏菌的一种几丁质酶基因已被转入荧光假单胞菌和根瘤菌中,转基因细菌对立枯丝核菌有显著抑制作用。就几丁质酶抑菌谱、转基因的策略和研究中存在的疑点进行了分析讨论。建议今后的研究方向应集中在以下几方面：（１）加速转几丁质酶基因或几丁质酶基因与其它基因组合的植物实用化;（２）进一步研究不同基因组合的增效作用及增效机理;（３）查明个别几丁质酶基因的抑菌谱及选择性抑菌机制;（４）转几丁质酶基因或与其它基因的组合于植物内生细菌。     

发根农杆菌介导几丁质酶基因和β-1,3-葡聚糖酶基因转化烟草的研究

用冻融法和三亲交配法将具有几丁质酶基因、β—1,3—葡聚糖酶基因和卡那霉素抗性标记基因的质牲pBLGC导入具有Ri质粒的发根农杆菌中。用叶盘法转化烟草的三个品种,经Kan抗性筛选获得126株再生植株,对119株再生植株分别以启动子CaMV35S、几丁质酶基因和β—1,3—葡聚糖酶基因的引物进行PCR检测,其中几丁质酶基因至阳性的植株有72株,β—1,3—葡聚糖酶基因至阳性的有47株,具有几丁质酶基因和β—1,3—葡聚糖酶基因的植株有36株。对转化的24株转基因经PCR-Southern杂交,结果均至阳性。实验结果表明,外源基因的转化频率与植物品种、外源基因片段的大小有关,几丁质酶基因和β—1,3—葡聚糖酶基因分别或共同整合到植物基因组中。     

植物葡聚糖酶基因抗病作用的研究进展

β-1,3-葡聚糖酶作为植物抗真菌基因工程的热点之一,近年来的研究进展较为迅速。本文叙述了植物β-1,3-葡聚糖酶的基本生物学特性和抗病机制,对β-1,3-葡聚糖酶抗病基因的分类、结构功能及转基因植物的研究进展进行综述。 Advances on the Plant Disease Resistant β-glucanase Gene XING Quan-hua,WANG Bin Institute of Genetics and Developmental Biology,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101,China Abstract:Study of β-1,3-glucanase is one of the hot points in plant genetic engineering of disease resistance,big progress has been made in the past few years.This paper briefly reviewed the main biological characters and mechanism involved in the disease resistance,the classification,structure,function and the transformation of β-1,3-glucanase genes. Key words：β-1,3-glucanase;biological characters;disease resistance mechanism     

植物β-1,3-葡聚糖酶及其基因

β 1 ,3 葡聚糖酶属PR 2类蛋白 ,能催化真菌细胞壁的重要成分-β 1 ,3 葡聚糖和 β 1 ,3 1 ,6 葡聚糖的水解 ,水解的寡糖产物是植物防御反应的重要激发子。β 1 ,3 葡聚糖酶在植物抵抗真菌病害中发挥着不可忽视的作用 ,关于 β 1 ,3 葡聚糖酶特别是其作用机制和基因表达调控的研究取得了突出进展。β 1 ,3 葡聚糖酶基因和其它抗病相关基因的综合利用将成为植物抗真菌基因工程的有效途径。     

不同品种小麦籽粒中β-葡聚糖含量的比较研究

建立了酶解法（葡聚糖酶、β-葡萄糖苷酶、葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶）测定小麦籽粒中的β-葡聚糖含量,对该方法的标品测定回收率和加标回收率进行研究,利用该方法测定了8个品种小麦籽粒中β-葡聚糖含量,并分析其含量的差异性。结果表明：酶解法具有良好的测定结果;8个品种小麦籽粒中β-葡聚糖含量在0.44%~0.68%之间,小麦籽粒中β-葡聚糖含量由于品种和产地的不同而呈现一定的差异性,试验结果为从膳食中摄入β-葡萄糖提供了参考。     

甜菜几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性与其对丛根病抗性的关系

应用比较生理学方法,以抗丛根病(rhizomania)性不同的4个甜菜品种为材料,研究了丛根病地和无丛根病地上抗、感病品种的几丁质酶(chitinase)和β-1,3-葡聚糖酶(β-1,3-glucanase)活性与甜菜抗丛根病的关系.抗病品种在病地和无病地上皆比感病品种具有较高的几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性,表明这两种酶与甜菜抗丛根病性有关;另外,病地上两种酶的活性均不同程度地高于无病地上,是病原物侵染诱导抗性的表现.     

番茄灰霉病高效拮抗菌株的鉴定及通过导入β-1,3-葡聚糖酶基因提高其生防效果

从淄博市温室土壤中分离到蜡样芽孢杆菌B-04菌株,对灰霉病菌表现较高的拮抗作用。本研究从质粒pUC1940得到4.1kb的β-1,3-葡聚糖酶基因片断,将该基因与大肠杆菌-芽孢杆菌穿梭质粒pBE2和pHY300PLK连接,获得重组质粒PBE2-glu和pHY300PLK-glu,转入蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）B-04菌株,获得工程菌株B-04-glu。限制酶切分析、ABP平板、PCR实验证实B-04成功转入β-1,3-葡聚糖酶基因。与野生菌株相比,平板拮抗试验表明工程菌株较原始菌株对番茄灰霉病（Botrytis cinerea）抑菌效果明显增强。     

寡糖对向日葵叶片细胞病程相关蛋白及细胞壁物质的诱导作用

用寡糖对向日葵叶片进行喷雾,研究了该寡糖对向日葵叶片细胞内几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶2种病程相关蛋白(PRs蛋白)以及木质素、富含羟脯氨酸蛋白(HRGP)2种细胞壁物质含量的影响.结果表明,经寡糖处理后,向日葵叶片中β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶的活性均升高,最高值分别比同期CK增加36.38%和6.35%;木质素及HRGP含量也诱导增加,最高值分别比同期CK显著增加39.15%和47.13%.在寡糖处理后接种病原菌的向日葵叶片中,β-1,3-葡聚糖酶及细胞壁物质被诱导合成,且合成量均较单独寡糖处理与单独接种锈菌处理要高.研究发现,诱导向日葵幼苗叶片的几丁质酶、β-1,3-葡聚糖酶活性增强和细胞壁木质素、HRGP含量增加,可能是寡糖预处理增强向日葵抗锈性的内在机制.     

水杨酸和黄萎病菌毒素处理棉花愈伤组织使β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶的活性增加

不同品种棉花(Gossypium hirsutum L.)愈伤组织对黄萎病菌毒素粗提物的抗性与体内β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶活性水平有关.在毒素处理下,抗性品种比感性品种酶活性增加的幅度大、时间早.外源水杨酸(SA)处理后,棉花愈伤组织中的β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶活性增加.抗β-1,3-葡聚糖酶多克隆抗体与28 kD的蛋白条带有免疫交叉反应,毒素、SA、毒素+SA均能诱导该蛋白条带出现.     

转抗真菌病基因烟草后代遗传分析

利用载体pBLGC 通过发根农杆菌（Agrobacterium rhizogines）叶盘法转化烟草。对烟草转基因植株后代从DNA水平、RNA水平以及几丁质酶基因和β－1,3葡聚糖酶基因表达效率方面进行系统的研究。对探讨转基因植株后代遗传规律具有重要的意义。     

转几丁质酶和葡聚糖酶基因棉花的获得及其对黄萎病的抗性

通过根癌杆菌介导法,将维管束特异启动子(竹节花黄斑病毒启动子CoYMV)启动的几丁质酶和CaMV35S启动的β-1,3-葡聚糖酶嵌合双价基因,导入陆地棉品种冀合321和中棉所35。利用卡那霉素涂抹法对转基因株的卡那霉素抗性进行初步鉴定,再经PCR和Southern杂交确证,结果显示双价抗病基因分别以1～2个拷贝整合到棉花基因组内。对转基因株系T3幼苗进行无底塑钵菌液浇根法鉴定和大田病圃鉴定,结果显示：7个转化株系均表现不同程度的抗或耐黄萎病性,苗期鉴定结果和大田病圃调查结果基本一致;其中D9910、D9915和D9919等3个转基因纯合系的大田病情指数分别为6．5、9．4和9．5．均达到高抗水平。对以上3个高抗黄萎病的纯合系进行遗传分析,结果显示这3个抗病纯合系的卡那霉素抗性符合一对显性基因分离规律。结合分子杂交验证结果,可以认为这3个转基因株均含有一个拷贝的双抗病基因。     

水杨酸和黄萎病菌毒素处理棉花愈伤组织使β-1，3-葡聚糖酶和几丁质酶的活性增加

不同品种棉花(Gossypium hirsutum L．)愈伤组织对黄萎病菌毒素粗提物的抗性与体内β-l,3-葡聚糖酶和几丁质酶活性水平有关。在毒素处理下,抗性品种比感性品种酶活性增加的幅度大、时间早。外源水杨酸(SA)处理后,棉花愈伤组织中的β-1,3-葡聚糖酶和几丁质酶活性增加。抗β-1,3-葡聚糖酶多克隆抗体与28 kD的蛋白条带有免疫交叉反应,毒素、SA、毒素 SA均能诱导该蛋白条带出现。     

β-1,3-葡聚糖酶在植物抗真菌病基因工程中的研究进展

β-1,3-葡聚糖酶是植物抗真菌病的重要抗性物质之一,植物β-1,3-葡聚糖酶可由病原物(如Mg)、化学因子(如水杨酸、乙烯、赤霉素)或物理因子(如紫外线照射、机械损伤)等多种生物因子和非生物因子诱导产生.将外源β-1,3-葡聚糖酶基因导入植物,可提高植物的抗真菌病害的能力;而将β-1,3-葡聚糖酶基因与其他防卫蛋白基因同时导入植物,将更大程度的提高植物的抗真菌病能力,是植物抗真菌病防治的有效新途径.文章中主要对β-1,3-葡聚糖酶的生物学特性、植物β-1,3-葡聚糖酶基因在转基因植株中的独立表达及其与其他抗真菌病基因的协同表达等进行了综述.     

饲料用非淀粉多糖水解酶转基因植物的研究进展

植物来源的非淀粉多糖(non-starch polysaccharides,NSPs)是单胃动物饲料中的抗营养因子,其中最主要的是β-葡聚糖和木聚糖,这两种多聚糖可被相应的β-葡聚糖酶和木聚糖酶降解而消除其抗营养特性。转基因植物可以表达具有活性的β-葡聚糖酶和木聚糖酶,并正常生长发育。含有非淀粉多糖酶的转基因植物可直接作为饲料原料或饲料添加剂替代目前广泛在饲料中添加的发酵酶制剂。综述了两种非淀粉多糖酶转基因植物的研究进展,并对存在的问题和进一步的发展趋势进行了讨论。     

毛头鬼伞多糖对烟草酶活性和同工酶谱的影响

分析了毛头鬼伞(Coprinus comatus)真菌多糖诱导烟草对烟草花叶病毒(TMV)抗性过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、几丁质酶、-β1,3-葡聚糖酶活性的变化。结果表明,毛头鬼伞多糖可提高POD、PPO、PAL、几丁质酶和-β1,3-葡聚糖酶的活性,接种TMV后毛头鬼伞多糖处理的烟草酶活性显著高于不处理者。上述结果提示,毛头鬼伞多糖处理后烟草酶活性的增强可能与其诱导烟草获得抗性有关。     

转Cry1Ab-ma基因玉米对大鼠的亚慢性毒性研究

目的：研究转Cry1Ab-ma基因玉米对大鼠的亚慢性毒性。方法：初断乳Wistar大鼠140只,随机分为7组：转基因玉米高中低3个剂量组（60%、30%、15%）、亲本玉米高中低3个剂量组（60%、30%、15%）以及1个常规基础饲料对照组,每组20只,雌雄各半。动物2只1笼喂养,自由进食饮水,连续观察90 d。每周称量饲料量及大鼠体重,在试验中、末期采集大鼠尿液和血液进行尿常规、血常规和血生化分析。实验末期称重脏器并计算脏器体重比,最后对大鼠脏器进行病理组织学检查。实验末期称重脏器并计算脏器体重比,最后对大鼠脏器进行病理组织学检查。结果：90 d的实验期内,各组大鼠均未发现中毒死亡情况。转基因玉米组个别评价指标虽与亲本玉米对照组或常规基础饲料对照组存在统计学差异,但指标水平在文献报道正常范围和历史对照范围内,且均未发现有生物学意义的改变。各受检脏器未见与受试物相关的病理改变。结论：现有实验结果不能证实转Cry1Ab-ma基因玉米对大鼠有亚慢性毒性作用。     

燕麦β葡聚糖对糖尿病大鼠肾功能及其肠道菌群的影响

目的：探讨燕麦β葡聚糖（oat β glucan，OG）对糖尿病大鼠肾功能及肠道菌群的影响。方法：采用单侧肾切除+链脲佐菌素（65mg/kg·BW）一次性腹腔注射方式构建糖尿病肾病（diabetes nephropathy，DN）大鼠模型，将造模成功32只SD雄性大鼠随机分为4组：模型对照组（蒸馏水灌胃）和低、中、高燕麦β葡聚糖干预组（分别用0.275、0.55、1.1g/kg·BW燕麦β葡聚糖灌胃），每组8只。另取16只大鼠行假手术并随机分组：正常对照组（蒸馏水灌胃）和燕麦β葡聚糖对照组（0.55g/kg·BW 燕麦β葡聚糖灌胃）。饲养8周，在第8周末采集血液、尿液和粪便，进行血糖、肾功能检测，用HE染色进行肾脏形态学观察，16S rDNA检测分析肠道菌群多样性。结果：高剂量燕麦β葡聚糖能显著降低DN大鼠血糖（P＜0.05），低、中剂量燕麦β葡聚糖能显著降低DN大鼠血尿素氮、肌酐；中、高剂量燕麦β葡聚糖能降低DN大鼠的尿酸/肌酐比值（P＜0.05）；高剂量燕麦β葡聚糖对DN大鼠的肾小球系膜基质增生和基底膜增厚，肾小管上皮细胞肿胀变形、脱落，系膜细胞增生有显著改善作用；高剂量燕麦β葡聚糖能显著升高DN大鼠肠道菌群丰度和多样性、厚壁菌门/拟杆菌门的比值（P＜0.05）。结论：燕麦β葡聚糖能改善糖尿病大鼠肾功能，增加肠道菌群丰度和多样性及升高厚壁菌门/拟杆菌门的比值，这可能是其延缓DN的机制之一。     

高杆野生稻PR2同源序列的分离与序列分析

根据已知植物病程相关蛋白基因β-1,3-葡聚糖酶基因（PR2）的保守结构域设计2对简并引物,从高杆野生稻基因组DNA中分离出3条防卫基因类似物（defense—genes analogues,DGAs）,其中2条具有通读的ORF,另一条提前出现终止密码子。对这3条序列在NCBI上进行同源性搜索发现,在核苷酸水平这3条序列均与水稻的β-1,3-葡聚糖酶基因具有90％～93％的同源性,与已知大麦、小麦、高梁、黑麦、燕麦、玉米等其它植物的β-1,3-葡聚糖酶基因具有69％-81％的同源性。在氨基酸水平与水稻、大麦、小麦、黑麦的β-1,3-葡聚糖酶具有60％～93％的同源性。对具有通读ORF的2条序列RD1-GG6和RD1-GG12进行表达分析,发现经水杨酸（SA）诱导后表达量明显提高。     

丛枝菌根真菌对西瓜嫁接苗生长和根系防御性酶活性的影响

在温室盆栽条件下,研究丛枝菌根(AM)真菌地表球囊霉(Glomus versiforme)对连作土壤中西瓜自根苗和嫁接苗生长、根系膜透性、丙二醛(MDA)含量和防御性酶活性的影响.结果表明： 接种AM真菌能显著增加西瓜自根苗和嫁接苗的生物量,提高根系活力,降低根系膜透性和MDA含量.接种AM真菌的自根苗地上部鲜质量、地上部干质量和根系活力分别增加了57.6%、60.0%和142.1%,而接种AM真菌的嫁接苗分别增加了26.7%、28.0%和11.0%;自根苗（C）、嫁接苗（G）、接种AM真菌自根苗（C+M）和接种AM真菌嫁接苗（G+M）的根系细胞膜透性为C>G>C+M>G+M,根系MDA含量为C>G>G+M>C+M.接种AM真菌能提高西瓜自根苗和嫁接苗根系的苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、几丁质酶和β 1,3 葡聚糖酶活性,而且接种AM真菌的西瓜自根苗和嫁接苗根系POD、PAL和β-1,3-葡聚糖酶活性的峰值比不接种的提前2周出现.接种AM真菌能激活西瓜自根苗和嫁接苗与抗逆性有关的防御性酶反应,使根系对逆境产生快速反应,从而提高其抗连作障碍的能力.