雪花莲凝集素转基因抗虫植物的研究进展摘要：近年来雪花莲凝集素（GNA）基因已成为国内外在植物抗虫基因工程中应用较为广泛的基因。
目前已在小麦、大豆、水稻等农作物上的研究获得成功，并有相当规模的种植。
另外在烟草、马铃薯、地瓜、莴苣、棉花、甘蔗、油菜等经济作物也已经试验成功.GNA转基因抗虫植物的培育为减少杀虫剂的使用和提高产量以及环境保护方面起到了巨大的作用。
本文就GNA的分布、来源、杀虫机理、GNA转基因抗虫植物的发展况以及种植GNA抗虫植物的安全性进行了概述。
关键词:GNA基因;转基因植物;抗虫;安全Research advances in GNA transgenicanti-insect plantsAbstract:in recent years the snowdrops lectin gene(GNA)become insect-resistant genes in plants at home and abroad in engineering application a wide range of genes. Currently on wheat,soy and rice crops in research,and has won initial success of comparable size planting.Other tobacco potatoes sweet potato lettuce in economic crops such as cotton and sugar cane rape trial has success.GNA genetically modified insect resistance plant cultivation to reduce the use of pesticides and increase production and environmental protection has played a great role.This paper the distribution insecticidal mechanism GNA GNA genetically modified insect resistance plant development status and planting GNA insect resistance plant impact on environment were summarized.Keywords:GNA genes;transgenic plants;anti-insect;safety雪花莲凝集素（Galanthus nivalis agglutinin简称GNA）是植物外源激素的一种，成熟的GNA是四聚体蛋白，且蛋白质分子未被糖基化，同时含有12个甘露糖专一性结合位点，属整体凝集素类。
可特异性地结合糖蛋白末端甘露糖残基[1]。
因其能结合到昆虫消化道上皮细胞糖蛋白受体上，对昆虫产生局部或系统的毒害作用，从而抑制其生长，甚至将其杀死；它还能在昆虫消化道内诱发病灶，促进消化道中细菌的繁殖，对害虫本身造成伤害，抑制害虫生长发育繁殖，抑制逆转录病毒和老鼠小肠中的大肠杆菌的繁殖等研究表明GNA分子对蚜虫飞虱叶蝉粉虱等刺吸式害虫及线虫有强烈的毒性，对鳞翅目等咀嚼式口器的害虫具有中等毒性，但对高等动物安全。
目前，转雪花莲凝集素基因的小麦水稻和大豆已经在国内外较为广泛地进行了种植，效果很好。
其他新的转基因抗虫植物也在研究中，一些也在逐渐推广种植。
GNA转基因抗虫植物的培育为提高产量，减少杀虫剂的使用和保护环境方面做出了举足轻重的贡献。
1．概述1.1雪花莲凝集素的分布和来源1888年Stillmark偶然发现蓖麻籽的蛋白提取物能凝聚血红细胞后,引起了人们的兴趣,而直到20世纪60年代以后,各方面的研究才全面展开。
研究表明在植物各种组织器官中均含有外源凝集素，尤以豆科植物的种子中含量最丰富。
它对植物有很重要的生理作用,如保护功能,在植物生长的各个阶段以不同的方式保护植物免于害虫的侵害;作为储藏蛋白，在植物发芽和幼苗生长阶段,裂解的外源凝集素为其提供氨基酸;外源凝集素还可能参与细胞间的识别。
石蒜科(Amary llidaceae)外源凝集素,因其独特的糖结合特点已成功地用于糖结合物的纯化和特征研究。
在植物凝集素中,与害虫治理有关且研究得比较多的是英国剑桥农业公司和Durham大学的科学家发现的单子叶植物甘露糖结合凝集素中的雪花莲凝集素。
雪花莲凝集素(GNA)是单子叶甘露糖凝集素家族中第1个被提取和克隆的凝集素[2]。
雪花莲属石蒜科(Amary llidaceae),其外源凝集素GNA存在于一定生长阶段的雪花莲组织中。
GNA只专一识别并结合α21,3和α21,6甘露糖，其分子是亚基大小为12.5kD的四聚体蛋白,且未被糖基化;其每个凝集素单体有3个相同结合甘露糖的位点,4个GNA单体构成一个具有几个充分暴露的结合甘露糖位点的四聚体;它对某些咀嚼式和刺吸式昆虫,以及线虫均有毒性,但对高等动物没有毒性[3]。
1.2雪花莲凝集素的杀虫机理目前已知的凝集素中GNA杀虫效果较为明显，对麦蚜、稻飞虱等刺吸式口器的同翅目害虫具有较好的抗性。
它能结合到昆虫消化道上皮细胞糖蛋白受体上，对昆虫产生局部或系统毒害，从而抑制其生长，甚至将其杀死；还可在昆虫消化道内诱发病灶，促进消化道中细菌的繁殖，对害虫本身造成危害，抑制害虫生长发育繁殖等研究表明GNA是一种对甘露糖专一识别的植物凝集素,它的一级结构、生物合成以及基因结构已搞清楚。
它是由105个氨基酸残基组成的成熟蛋白,包括3个重复性的同源片段,每个约25个氨基酸残基[4]。
它对昆虫的作用部位主要在中肠的表皮细胞。
通过免疫定位研究发现,GNA在褐飞虱体内的结合位点是在中肠的碳水化合物域。
超微结构显示,GNA的结合可引起其中肠微绒毛膜破裂,边缘部分发生病变,引起细菌在微绒毛区增殖,使细胞溶解;中肠表皮细胞发生异常变化,功能结构受到破坏,引起死亡。
另外,在褐飞虱的脂肪体、卵巢管以及整个血淋巴中均发现了GNA,说明GNA可以穿透中肠壁进入昆虫的循环系统,引起系统中毒反应。
研究表明GNA能与褐飞虱的中肠中的铁蛋白结合,干扰寄主体内铁的平衡。
番茄夜蛾体内GNA的结合部位在中肠表皮细胞微绒毛边缘膜上大小为94kD的未知特性蛋白。
1.3GNA的杀虫活性雪莲花外源凝素（GNA）对人的毒性极低，但对害虫却有极强的抑制作用，因而倍受人们的重视。
相关研究表明GNA对一些害虫有拒食作用并可抑制害虫的生长发育或直接毒杀。
目前成功转入GNA基因的植物有油菜、马铃薯、水稻、甘薯、甘蔗、向日葵、烟草、番茄、葡萄等,均表现出有抗虫性。
转GNA基因植物可使桃蚜的发育延缓,生殖力降低,种群的增长受到抑制对褐飞虱和灰飞虱也有类似的效果。
转GNA基因马铃薯可降低番茄夜蛾的体重、幼虫存活率和马铃薯叶片受害率。
将GNA基因导入籼稻单倍体微芽中获得的转化植株,分别对蚜虫和白背飞虱(Sogatella f urcif era)表现出较好的抗性。
2．GNA在植物抗虫基因工程中的应用2.1GNA转基因植物的产生植物凝集素是一类能非共价结合糖类物质的蛋白质。
它可以作为储藏蛋白，还可以抵御细菌真菌病毒等病原体的入侵等病原体的入侵。
植物凝集素对同翅目、鞘翅目、鳞翅目和双翅目昆虫有毒性[4]。
人们发现凝集素的防卫作用可用于抗虫基因工程，为抗虫育种提供新的途径。
而在已分离出多种外源凝集素基因中，多数外源凝集素对人和哺乳动物有较强的毒副作用，因而在生产上应用较少。
但也有一些特例，其中豌豆外源凝集素和雪莲花外源凝素（GNA）对人的毒性极低，但对害虫却有极强的抑制作用，因而倍受人们的重视。
其中雪花莲凝集素对哺乳动物的毒性相对较小。
是抗虫转基因工程的研究重点。
早在1995年Powel等人将雪莲花凝集素(GNA)、麦胚凝集素(WGA)和大豆脂肪氧合酶(LPO)添加在食料中饲养成熟稻褐飞虱，结果表明GNA杀虫效果最好。
GNA 尤其是对具有刺吸式口器的害虫，如蚜虫褐飞虱、叶蝉等同翅目害虫及线虫有中等毒杀性。
同年，Hilder等人构建了带有CaMV35S启动子和gna基因的载体，并成功将GNA转入烟草中。
经检测发现gna基因在烟草中有高水平表达。
研究发现将编码雪花莲外援凝集素成熟蛋白的cDNAGNA12和其前体蛋白cDNAGNA34插入到二元载体pBin438的双倍增强子CaMV35S启动子或二元载体pBcop1的CoYMV（维管束特异启动子）启动子下游，分别构建成植物表达载体pBGna12，pBGna34，pBCGna12和pBCGna34。
土壤脓杆菌介导的转化再生植株的PCR和Southern blot（印迹杂交）分析表明，GNA基因已整合到烟草DNA中；Western blot(蛋白质印迹)分析发现pBGna34和pBCGna34的转基因植株能有效表达外源GNA，并且前体蛋白基因编码的蛋白在植物体内进行了正确的加工；而pBGna12和pBCGna12的支柱几乎检测不到外源GNA的表达。
这表明pBGna34和pBCGna34的转基因植株具有较强的抗蚜活性。
2.2GNA转基因植物的发展随着进一步的研究，1996年Gatehouse等人成功将GNA转入马铃薯中，发现在每个转基因植株上每个雌蚜虫每天产卵数4．1～4．2个，对照为5．4个，证明了GNA对蚜虫的生殖能力有显著的降低作用[5]。
我的对GNA转基因植物的研究发展很快并处于国际领先水平，1999年中国农业科学院人工合成优化GNA基因，并于Bt构建成双价抗虫基因载体，获得了转双基因烟草和抗虫棉，2001年袁正强等用定点突变方法对编码雪花莲凝集素(GNA)前体蛋白的DNA序列进行了改造及其转基因烟草抗蚜性的研究，结果表明，将GNA 编码序列中含有的稀有密码子改造后。
GNA的表达水平从占总可溶性蛋白的0.17％增加到0.25％．转基因烟草的抗蚜性也随之增强，从平均抑制桃蚜虫口密度的63.7％提高到71.0％[6]。
2002年河北农业大学的朱宝成教授主持的国家863计划课题“转基因抗虫小麦”育种获得成功，项目首先构建了在ActⅠ启动子驱动下GNA目的基因，并以bar 基因作为选择标记基因的表达载体；经过多种培养条件的优化，获得了主要小麦品种的胚性无性系，转化后保持了较高的再生频率；以我国和河北省小麦栽培品种“石4185”“河农859”“河农326”等为试材进行转基因研究，筛选获得了143个小麦转基因单株。
经温室和田间抗虫试验表明，转基因小麦植株表现了较强的抗虫能力，多数转基因植株可有效抑制蚜虫的繁殖、减少蚜虫数量。