面对害虫、气象灾害和环境压力，植物能自己“乘风破浪”吗？

　　作者：刘宇慧 （同济大学生物学博士）

　　近年夏末秋初时节，我国很多省市会发现这样一种昆虫：它通体黑色，有光泽，体长22-37毫米，其最突出的特点就是通体体节毛瘤上生长着白色或灰白色的长刚毛。这就是美国白蛾的老熟幼虫。这些幼虫攀附在小区的桑树、杏树、杨树、白蜡上，甚至顺着树枝钻进院子，爬到阳台上的家养植物上。它们食量惊人，百年老杨树都抵不过它们的啃噬，两天就空了一半。

　　被虫啃噬过的树木

　　消灭美国白蛾的方法，相关部门当然考虑过。首先“上阵”的是杀虫剂喷洒。但大量杀虫剂的喷洒，不仅使小区居民的生活受到影响，整个小区的鸟都可能被杀虫剂赶走，人类反而少了并肩作战的生物伙伴。如此繁殖迅速、能吃且不挑食的昆虫，我们就没有更好的办法防治吗？不妨考虑一下基因工程技术。

　　遭遇害虫，植物没有“还手之力”？错！

　　已有研究表明，转基因杨树对这类鳞翅目外来入侵昆虫的生长发育有着明显的抑制作用。转基因技术具体是如何实现对害虫的防治呢？首先要用到的是一种十分重要的工具基因——苏云金芽孢杆菌(Bt)杀虫蛋白基因，其被发现已有100 年的历史，在害虫防治中发挥了巨大的作用，是近年来研究最深入、开发最迅速、应用最广泛的微生物杀虫剂。

　　苏云金杆菌的防虫原理是其菌株可产生内毒素（伴胞晶体）和外毒素两类毒素，使害虫停止取食，害虫会因饥饿、血液败坏和神经中毒而死。通过农杆菌的介导，可以将Cry1Ac和Cry3A Bt毒素基因同时转化到杨树品种中，获得可以抗虫害的杨树品系。这样的转基因杨树品系，在后续的生长中，可以使其杨树叶免于被虫蛾啃食的命运[1, 2]。

　　野生型杨树叶（上）和转基因抗虫杨树叶（下）

　　基因工程技术让作物“乘风破浪”

　　除了可以进行害虫的防治，转基因技术在作物育种方面也有极高的应用价值——

　　水稻是全球最重要的粮食作物之一，其产量受到盐和干旱等胁迫的显著影响。如何提高水稻在干旱情况下的产量，是提高人民生活质量的重要问题之一，而转基因水稻就可以很好的解决这一问题。

　　生长素/吲哚乙酸（Aux/IAA）和生长素反应因子（ARF）家族蛋白作为植物的两个重要蛋白家族，在植物发育过程和胁迫处理的反应中发挥重要作用。研究表明，生长素相关基因OsIAA18是响应水稻盐和干旱胁迫的正调节因子，具有增强植株非生物胁迫耐受性的潜在应用价值。在水稻中转入OsIAA18基因可以使水稻的耐盐性和耐旱性显著增强，从而提高水稻在盐碱地或干旱地的产量[3, 4]。

　　除了水稻，转基因在对于提高柑橘黄龙病(HLB)的抗性也有十分重要的价值。黄龙病是一种严重的韧皮部限制性细菌疾病，由念珠菌引起，是柑橘类作物最严重的细菌性病害。它会导致果实产量下降，果实质量差，甚至植物死亡。由于缺乏有效药物，HLB又被称为柑橘类“艾滋病”。AtNPR1基因是植物系统获得抗性的一个重要调节基因，过量表达AtNPR1 基因能使植物对细菌和真菌的抗性同时增强。研究表明，利用转AtNPR1基因的柑橘品系可以很大程度的抵抗黄龙病病害。

　　上图为实验研究中转基因品系和野生品系的柑橘植株，其中，C和F图为野生型品系感染了黄龙病的柑橘植株及叶片，其余A,B,D,E则为柑橘植株的转基因品系。我们可以看到，转基因植株能够有效地增强柑橘对细菌的抵抗力，使树木及果实免受病害的侵袭[5]。

　　除了以上例举的杨树、水稻和柑橘的转基因事件，包含基因编辑在内的生物育种给我们带来的可不止这么多。随着科研人员的持续钻研，让植物获得抗虫、增产、抗病、耐旱的能力，“乘风破浪”早已从不可能成为了可能。

　　参考文献：

　　[1] Y. Ren, X. Zhou, Y. Dong, J. Zhang, J. Wang, M. Yang, Exogenous Gene Expression and Insect Resistance in Dual Bt Toxin Populus × euramericana ‘Neva’ Transgenic Plants, Frontiers in Plant Science 12(993) (2021).

　　[2] C. Xu, H. Wei, L. Wang, T. Yin, Q. Zhuge, Optimization of the cry1Ah1 Sequence Enhances the Hyper-Resistance of Transgenic Poplars to Hyphantria cunea, Frontiers in Plant Science 10(335) (2019).

　　[3] F. Wang, H. Niu, D. Xin, Y. Long, G. Wang, Z. Liu, G. Li, F. Zhang, M. Qi, Y. Ye, Z. Wang, B. Pei, L. Hu, C. Yuan, X. Chen, OsIAA18, an Aux/IAA Transcription Factor Gene, Is Involved in Salt and Drought Tolerance in Rice, Frontiers in Plant Science 12(2571) (2021).

　　[4] H. Zhang, N. Zhai, X. Ma, H. Zhou, Y. Cui, C. Wang, G. Xu, Overexpression of OsRLCK241 confers enhanced salt and drought tolerance in transgenic rice (Oryza sativa L.), Gene 768 (2021) 145278.

　　[5] M. Dutt, G. Barthe, M. Irey, J. Grosser, Transgenic Citrus Expressing an Arabidopsis NPR1 Gene Exhibit Enhanced Resistance against Huanglongbing (HLB; Citrus Greening), PLOS ONE 10(9) (2015) e0137134.