棉花抗虫基因的来源及抗虫机制

　　目前，转因抗虫棉品种选育上使用的抗虫基因主要来源有两类：一类是来源于苏云金芽孢杆菌（ Bt 基因），用这类基因育成的抗虫棉叫单价抗虫棉；另一类是蛋白酶抑制剂基因（CpT7基因），用CpT7基因与 Bt 基因整合在一起而育成的抗虫棉叫双价抗虫棉。目前，生产上主要应用的是单价抗虫棉。

　　苏云金芽孢杆菌属于革兰氏阴性菌。在芽孢形成过程中，可产生伴孢晶体，它由一种或多种蛋白组成，具有高度特异性杀虫活性，这种蛋白通常称作为8-内毒素或杀虫结晶蛋白（ ICP )。 ICP 通常以原毒素形式存在，当昆虫取食 ICP 后，在昆虫的消化道内，原毒素被活化，转变为毒性多肽分子。 ICP 的活化是多步骤的过程。首先 ICP 必须溶在昆虫的肠道里。在碱性条件下溶解，在蛋白酶的作用下，通过专一性蛋白酶水解切割， ICP 被活化。活化的 ICP 不被胰蛋白酶或其他蛋白酶所破坏。活化的 ICP 与昆虫肠道上皮细胞上面的特异性结合蛋白相结合。 ICP 全部或部分嵌合于细胞膜中，使细胞膜产生一些孔道，从而导致细胞由于渗透被破坏而破裂。伴随着上述过程，昆虫幼虫将停止进食，最终导致死亡。这种细菌作为防治农田、果园和森林中鳞翅目害虫的生物药剂已使用了多年。随着分子生物学研究的进展，已从苏云金芽孢杆菌中克隆出了50多个毒素基因。

　　蛋白酶抑制剂是植物体内天然含量较高的一类蛋白质，其中，研究较多的是豇豆胰蛋白酶抑制剂（ CpTI )。有人在保存豆类种质资源时，发现在其他种质资源被害虫侵害较严重的情况下，唯有一份豇豆材料未被害虫寄生。他们对此很感兴趣，经过反复化学分析测定，发现这种豇豆内存在一种特殊蛋白质，对储存材料的害虫具有高度抑制作用，分析结果证明这种物质是豇豆胰蛋白酶抑制剂。它是一个含有80个氨基酸分子的多肽、昆虫取食后会抑制其正常消化所必需的胰蛋白酶的活性，并影响胰蛋白酶的分泌。这种抑制物质经昆虫神经系统反馈后，使昆虫厌食，消化道受阻，导致发育迟缓，停止发育甚至死亡。胰蛋白酶抑制与苏云金芽孢杆菌产生的8﹣内毒素相比，具有良好的杀虫广谱性，在棉花害虫的试验鉴定中，不但对棉铃虫、棉红铃虫、玉米螟等鳞翅目害虫具有较高的毒杀效果，而且对鞘翅目的一些害虫如棉象甲等害虫也有一定的杀灭效果。

　　与苏云金芽孢杆菌的8﹣内毒素基因相比较， CpTI 基因也有其不足之处：一是目前CpT7基因在棉花植株中表达量较低，在该基因单独存在时不足以控制棉铃虫、棉红铃虫等害虫幼虫的危害；二是产生抗性效果需要的时间较长，因此，棉花害虫仍可造成一定程度的危害。上述问题的解决，除了对胰蛋白酶抑制剂基因进一步加以改造，以提高其表达水平外，还需要同其他杀虫基因（如 Bt 基因等）配合，组成双价或多价基因，才能互相取长补短，达到共同控制虫害的理想效果。