新疆农业科学2012，49（6）：1073－1079
Xinjiang Agricultural Sciences
doi：10．6048/j．issn．1001－4330．2012．06．014
植物抗菌蛋白及其在农业中的应用研究进展
吕慧，王梦竹，孙素荣
（新疆大学生命科学与技术学院/新疆生物资源基因工程重点实验室，乌鲁木齐830046）
摘要：植物在长期进化过程中为了抵御外源物侵袭而产生了一些具有抗菌活性的蛋白质和肽等。在自然界中植物抗菌蛋白多种多样，多为抗真菌蛋白，依据其结构、作用机制和序列特性，可将其大体分为以下几类：病程相关蛋白、类亲环素蛋白、防御素及类防御素蛋白、凝集素、核糖体失活蛋白、脂转移蛋白、蛋白酶抑制剂和2S清蛋白等。随着植物抗真菌蛋白的分离纯化，植物抗病基因工程的研究的重大突破，植物抗真菌蛋白在植物抗病原菌和抗虫保护中展示出广阔的应用前景。总结植物抗真菌蛋白研究进展，对其在农业抗虫和转基因方面的应用研究作了阐述。
关键词：抗菌蛋白；抗真菌；农业；应用
中图分类号：S476文献标识码：A文章编号：1001－4330（2012）06－1073－07
Progress in Antimicrobial Proteins Derived from Plants and Its
Application Research in Agriculture
LU Hui，WANG Meng－zhu，SUN Su－rong
（College of Life Science and Technology，Xinjiang University/Xinjiang Key Laboratory of Biological Resources and Genetic Engineering，Urumqi830046，China）
Abstract：Plants produce some antimicrobial proteins and peptide in order to resist the attack of exogenous species．There is a diversity of antimicrobial proteins existing in nature，and most of them are antifungal proteins．Plant antifungal proteins can be classified into different groups on the basis of its structure，mechanism and sequence characteristics，comprising pathogenesis－related proteins，cyclophilin－like proteins，defensins and defensin－like proteins，lectins，ribosome－inactivating proteins，lipid transfer proteins，protease inhibitors and2S albumins proteins．As the separation and purification of the antifungal proteins of plants，and the breakthrough of gene engineering of plant disease resistance，these proteins show its broad application prospects in plants resistance against fungal pathogens and insect．The author summarized the research progress of plant antifungal protein，and described the application study and prospect of the insect resistance and transgenic aspects in agriculture．
Key words：antimicrobial protein；antifungal；agriculture；application
0引言
【研究意义】植物在生长发育过程中，随时都有可能受到病原菌及害虫的侵害，而由于植物病害导
收稿日期：2012－03－15
基金项目：新疆维吾尔自治区科技支疆项目（20091129）；新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（2010211A01）；新疆维吾尔自治区高校科研计划重点项目（XJEDU2008I0）；新疆生物资源基因工程重点实验室开放基金项目（XJDX0201－2010－06）
作者简介：吕慧（1987－），女，新疆人，硕士研究生，研究方向为生物化学和分子生物学，（E－mail）happylh678@126．com
通讯作者：孙素荣（1966－），女，安徽人，教授，硕士生导师，研究方向为生物化学和分子生物学，（E－mail）sr sun2005@163．com
新疆农业科学49卷
致的农产品产量和质量的下降也是较为严重的。目前对植物病害的防御控制主要依靠化学农药［1］。
但由于化学农药大多是非自然存在的物质，且常不易降解，残留期较长，对自然生态具有破坏性作用，形成公害，危及人类健康［2］。在作物上使用更加安全的生物农药来替代化学农药已经成为当务之急。为
了适应植物保护方面的新需求，研究者们将目光转向了植物抗菌蛋白。【前人研究进展】植物在长期进
化过程中为了抵御各种外界侵袭物，从而产生了一些具有抗菌活性的低分子量复合物、蛋白质和肽等，
使得植物具有抵御真菌，甚至是害虫、细菌和病毒入侵的能力
［3，4］。不同的植物可以产生不同的抗菌蛋白，在自然界中植物抗菌蛋白多种多样，多为抗真菌蛋白，依据其结构、作用机制和序列特性，可将其大体分为以下几类：病程相关蛋白（pathogenesis －related proteins ，PRs ）、类亲环素蛋白（cyclophilin －like proteins ）、核糖体失活蛋白（ribosome inactivating proteins ，RIPs ）、脂转移蛋白（lipid transfer proteins ，LTPs ）、蛋白酶抑制剂（protease Inhibitors ）、
2S 清蛋白类（2S Albumin Proteins ）等。对植物病原互作基础机制的研究的深入，以及植物基因工程的发展为植物保护提供了更多的策略
［5，6］。目前通过在转基因植物中组成型或诱导型表达单一或组合的植物来源的抗菌蛋白基因而获得了很多有前景的结果，
这些蛋白包括几丁质酶，葡聚糖酶，核糖体失活蛋白和富含半胱氨酸的抗真菌肽等［7］。【本研究切入点】近
年来，随着细胞生物学、分子遗传学和分子生物学等理论与技术不断发展，抗菌蛋白独特的性质得到了揭示，植物抗菌蛋白基因可直接为作物抗病的分子育种提供目的基因，植物抗菌蛋白也可作为人类筛选
抗菌药物的新资源，抗菌蛋白在实际应用中展示出广阔的应用前景。【拟解决的关键问题】植物抗真菌
蛋白的分离纯化，植物抗病基因工程的研究取得重大突破，提高了植物抗病原菌和抗虫的能力，植物抗
真菌蛋白在植物抗菌保护中具有巨大的潜力。文章综述了植物抗真菌蛋白研究成果，
详细介绍了植物抗真菌蛋白的分类和活性特点，
以及其在农业抗虫和转基因方面的应用研究进展和展望。1
植物抗真菌蛋白1．1病程相关蛋白
1．1．1
几丁质酶和类几丁质酶真菌细胞壁的主要成分几丁质，是N －乙酰葡糖胺的多聚体，几丁质酶有水解几丁质的活性，从而
发挥出抗真菌的作用［8］。烟草I 型几丁质酶在几丁质结合结构域存在的情况下，其抗真菌活性有所提
高［9］。从蕨类叶片中纯化得到的一个42kD 的几丁质酶，其两个末端赖氨酸基序结构域是对抗真菌活
性起着重要作用的［10］。从药用植物人参（Panax notoginseng ）中提取出一个15kD 的类几丁质酶蛋白，
它具有抑制真菌毛头鬼伞（Coprinus comatus ），尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum ），褐斑病菌（Mycosphaerella arachidicola ）的活性［11］。
1．1．2葡聚糖酶（PR －2蛋白）
葡聚糖是真菌细胞壁的第二个重要成分。葡聚糖酶的抗真菌活性机制包括直接机制和间接机制。
直接的抗真菌机制就是通过水解真菌细胞壁中的β－（1，3）葡聚糖结构，特别是作用于葡聚糖中暴露比
较薄弱的菌丝体顶端，从而导致脆弱细胞的裂解和死亡［12］。葡聚糖酶间接的抗真菌效应就是β－（1，
3）葡聚糖酶在降解病原物细胞壁的同时，其释放出来的寡糖还能作为植物多种抗病反应（如过敏反应）
的激发子，诱导植物的全面抗病反应［13］。
麻疯树β－l ，3葡聚糖酶能不同程度地抑制水稻稻瘟病菌（Pyricularia oryzae ）、玉米纹枯病菌
（Rhizoctonia solani ）、小麦赤霉病菌（Gibberelle zeae ）菌丝的生长，并对玉米弯胞杆菌孢子的萌发和水稻
稻瘟病菌孢子的形成抑制作用较强［14］。许多植物病原真菌细胞壁的主要成分是几丁质和β－1，
3－葡聚糖，几丁质酶和葡聚糖酶可以协同作用，并可直接分解病原真菌菌丝。Leah 等［15］从大麦种子中分离
的26kD 几丁质酶，一个30kD 核糖体失活蛋白以及一个32kD β－1，
3－葡聚糖酶能协同增强对真菌生长的抑制。
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