转ChIFN-γ烟草抗虫机制研究

鸡γ干扰素(Chicken interferon-gamma, ChIFN-γ)是一类具有强大的免疫调节作用以及广谱抗病毒、抗细菌、抗寄生虫等作用的细胞因子。研究通过基因芯片和Real-time PCR技术研究转及非转ChIFN-γ基因烟草的表达谱差异，得到差异表达基因并对其深入进行生物信息学分析，综合从植物细胞发育的细胞学观察及烟草腺毛发育的相关功能基因研究（ChIFN-γ基因作为多效转录激活因子对植物细胞发育的调控作用）得到重要候选基因；对关键基因进行克隆、瞬时表达和遗传转化拟南芥植物验证其生物学功能。研究诣在探索ChIFN-γ基因表达后的信号转导途径，阐明转基因烟草的抗虫机制。ChIFN-γ基因作为细胞因子的级联放大作用可使其成为一种广谱、高效抗虫的基因资源，对开发具有自主知识产权的农业病虫害防治技术和有效利用新的生物源农药资源具有积极地推动作用。

鸡γ干扰素（ChIFN –γ）是一类具有强大的免疫调节作用以及广谱抗病毒、抗细菌、抗寄生虫等作用的细胞因子。转ChIFN-γ基因烟草对主要危害烟草的鳞翅目昆虫具有显著的抗虫效果。进一步研究发现烟草腺毛密度增加、腺毛分泌物增多是转ChIFN-γ基因烟草抗虫性的主要原因。以表型特征显著的两个生长时期（栽培119天和147天）的转ChIFN-γ烟草和野生烟草叶片为实验材料，采用Agilent烟草全基因表达谱芯片进行检测。结果显示，第一个时期野生烟草和转基因烟草中差异表达倍数在2以上的探针有1530个，其中上调基因890个，下调基因640个；第二时期有406个，其中上调基因180个，下调基因226个。GO及KEGG Pathway分析表明，差异表达基因主要涉及植物代谢调控、细胞分裂与分化、物质合成与运输、信号转导、蛋白质合成与降解等。筛选出7个与腺毛发育相关的基因和7个抗虫相关基因。qRT-PCR进行验证后设计同源引物进行基因克隆，获得9个基因。构建植物超表达载体后采用农杆菌介导的沾花浸染法遗传转化拟南芥，筛选获得转基因抗性植株。.分析上述涉及基因的功能和信号途径，推测出ChIFN –γ基因调控腺毛发育的机制为：ChIFN –γ导致ISPH上调，催化生成异戊二烯焦磷酸（IPP）和二甲烯丙基焦磷酸（DMAPP），继续生成烟草腺毛中的二萜代谢路径上西柏三烯醇（CBT-ol）的前体物质香叶基二磷酸（GGPP），CBT-ol在CYP71的催化作用下羟基化生成西柏三烯二醇（CBT-diol），LBM1通过结合到CYP71启动子上的识别位点来发挥作用，三个基因在一条途径上共同作用调控腺毛发育。ChIFN-γ介导的抗虫机制为：ChIFN–γ通过类似于动物的JAK-STAT的未知信号转导途径，作用于植物激素以及基于miRNA的抗性基因调控。此外，植物次级代谢物合成的调控、植物光合作用调控、细胞壁合成调控等均与ChIFN-γ所介导的植物抗虫性相关。.通过差异表达基因的分析研究，首次初步解释了ChIFN-γ介导的植物抗虫机制及其所涉及的信号转导途径。研究对利用基因工程技术增强烟草自身抗病虫害能力，保证烟叶的产量和质量，特别是烟草香气成分的提升具有重要的意义，同时对开发利用ChIFN –γ培育抗虫新品种和ChIFN –γ生物农药的开发提供了理论依据。