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分子植物育种
(
网络版
), 2012
年
,
第
10
卷
,
第
1185
-
1190
页
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online), 2012, Vol.10, 1185
-
1190
http://mpb.5th.sophiapublisher.com
1186
用的外来酶或酶系统，使除草剂在发生作用以前就
已被降解。表
1
是
4
类
(
抗草甘膦基因、抗草丁膦基
因、抗咪唑啉酮基因和抗稀禾定基因
)
抗除草剂基因
的基本情况。
表
1
一些已获得并利用的抗除草剂基因
Table 1 Some t of herbicide resistant genes obtained and applied in maize
抗性基因
基因名称
基因来源
所抗除草剂
Resistant genes
Gene name
Gene origin
Target herbicides
Gox
草甘膦氧化——还原基因
-
草甘膦
Glyphosate redox gene
Glyphosate
Aro a
鼠伤寒沙门氏菌
EPSPS
突变基因
Salmonella typimurium
Salmonella typhimurium EPSPS mutant gene
EPSPS
突变基因
Escherichia coli
EPSPS mutant gene
Arabidopsis thaliana
Cp4
Agrobacterium tumfaciens
Bar
(
Pat
)
PPT
-乙酰转移酶基因
Streptomyces hygroscopicus
草丁膦
PPT-Acetyl transferase gene
Streptomyces viridochromogenes
Phosphinothricin, PPT
Ilv G
ALS
突变基因
Abrabidopsis thaliana
咪唑啉酮
Gh 90
ALS mutant gene
Imidazolinone
Accl
-
s2
-
组织培养
稀禾定
Tissue culture
Sethoxydim
1.1
抗草甘膦基因
草甘膦
(Glyphosate)
属于非选择性有机磷类除
草剂，适用范围广，能够有效灭除田间七十六种杂
草。它的机理是通过抑制植物代谢过程中的莽草酸
羟基乙烯转移酶
(EPSPS)
的活性，阻断芳香族氨基
酸的合成，使杂草死亡。实现玉米抗草甘膦除草剂
有两种策略：一是应用编码点突变的靶蛋白基因；
二是诱导
EPSPS
酶的过量产生。
研究发现：大肠杆菌细胞中含有抗草甘膦的
Aro a
基因，该基因可以编码
EPSPS
酶
(
吴发强等
,
2006)
。
Kisor
等
(1995)
对大肠杆菌进行组织培养，
在添加草甘膦的培养基上发现一个具有强抗性的
SM
-
1
突变体，通过生物技术将
Aro a
基因与章鱼碱
合成酶或甘露碱合成酶的启动基因导入到烟草中，
从而获得了抗草甘膦的转基因烟草。
Comai
等
(1985)
利用鼠伤寒沙门氏菌的突变体成功克隆出突变基
因
Aro a
，并在大肠杆菌中成功表达。美国孟山都
公司从根癌农杆菌
CP4
中克隆得到具有良好动力
学参数的
Cp4
-
EPSPS
基因，该基因对草甘膦具有
较高的抗性
(Barry et al., 1992)
。目前，
Cp4
-
EPSPS
基因已广泛应用于玉米、小麦、棉花等多种植物。
采用定点突变技术，降低玉米体内的
EPSPS
基因敏
感性，获得抗草甘膦除草剂的玉米植株
(
李敬娜
,
2010)
。
在不干扰植物正常生长发育的情况下，将外来
抗草甘膦基因导入到植物体内，通过降解作用，保
证植物正常的代谢活动，从而获得抗性植株。
Peñaloza-Vazquez
等
(1995)
从鼻疽假单胞菌中克隆
到一个能够降解草甘膦的
DNA
片段，将该片段导
入到大肠杆菌中，成功获得具有降解草甘膦的菌
株。研究证明：该片段包含两个能够降解草甘膦的
Gox a
和
Gox b
基因。美国
Monsanto
公司
(
专利
US5776760)
克隆出一个编码草甘膦氧化还原酶结构
的基因，该基因通过对氧化还原酶的作用使
C-N
键
裂解，生成对植物不具危害的
N
-乙酰草甘膦和乙醛
酸
(
如图
1)
，利用转基因技术将该基因导入到玉米和
细菌，成功获得抗草甘膦的植株
(Green et al., 2008)
。
1.2
抗草丁膦基因
草丁膦
(Phosphinothricin, PPT)
属于广谱性膦酸
类除草剂，具有较强的适用范围广，可以非选择性
地触杀杂草，同时它是萎锈灵除草剂的活性成分。
草丁膦除草剂的作用机理是通过抑制玉米体内谷
氨酰胺合成酶
(GS)
的活性，阻止谷氨酰胺的合成，
造成细胞间氨的迅速积累，光合器官被破坏，最终
玉米因缺乏甘氨基酸而死亡。
抗草丁膦基因主要有两种：一种是土壤中吸水
性链霉菌
Bar
基因
(White et al., 1990; Wohlleben et
al., 1988)
；另一种是产色性链霉菌
Pat
基因
(
向文胜
等
, 1998)
。
Bar
基因与
Pat
基因具有
86%
的同源性