将抗虫植物的抗虫基因用限制性内切酶“切下”,导入棉花基因中,再用酶将抗虫基因与棉花基因连接起来,最后培养成植株,得到的棉花就是抗虫棉。
抗虫棉分为转基因单价抗虫棉和转基因双价抗虫棉。 转基因单价抗虫棉是将一种细菌来源的、可专门破坏棉铃虫消化道的Bt杀虫蛋白基因经过改造,转到了棉花中,使棉花细胞中存在这种杀虫蛋白质,专门破坏棉铃虫等鳞翅目害虫的消化系统,导致其死亡,而对人畜无害的一种抗虫棉花。
其核心技术于1995年申请国家发明专利,1998年正式授权,2001年该专利被国际知识产权组织及国家知识产权局授予发明专利金奖。它标志着我国成为继美国之后,世界上独立自主研制成功抗虫棉的第二个国家。
抗虫棉之所以抗虫,是因为外源Bt基因整合到棉株体中后,可以在棉株体合成一种叫δ-内毒素的伴孢晶体,该晶体是一种蛋白质晶体,被鳞翅目等敏感昆虫的幼虫吞食后,在其肠道碱性条件和酶的作用下,或单纯在碱性条件下,伴孢晶体能水解成毒性肽,并很快发生毒性。
毒性发作的大致过程是,δ-内毒素被昆虫取食后,在昆虫中肠内溶解为前毒素,经中肠蛋白酶水解,释放出活力片段。活力片段穿过围食膜,与中肠上皮细胞刷状缘膜的受体结合,进一步插入膜内,形成孔洞或离子通道。引起离子渗透,水随之进入中肠细胞,导致细胞膨胀破裂。
另外,离子梯度的破坏,也扰乱了中肠内正常的跨膜电势及酸碱平衡,影响养分的吸收。使幼虫停止取食、麻痹,最后死亡。由于人体和多数动物的胃肠是酸性的,因此,这类蛋白对人体和多数动物无毒。
1、培育抗虫棉,需要将抗虫的基因从某种生物(如苏云金芽孢杆菌)中提取出来,用土壤农杆菌中的质粒做运载体,导入受体细胞。获得毒蛋白基因,用限制酶直接从dna分子中切取 。
2、构建重组载体,用同种限制酶在细菌上切割,用dna连接酶将毒蛋白基因连在质粒上 ,重组载体的转化与筛选,将重组基因与棉花受精卵一起培养,是重组载体进入受体细胞,除掉不含重组质粒的细胞 。
3、表达与鉴定,将含重组质粒的受精卵培育成植株,检测其是否含有抗虫性。