[发明专利]通过核糖体蛋白质L3基因的修饰植物和动物对单端孢菌毒素的耐受

说明书

本发明涉及一种修饰的基因，其中，用所说的基因转化的宿主对单端孢菌毒素具有抗性，其中所说的基因的野生形式编码一种核糖体蛋白质L3。本发明也涉及一种用所说的基因转化植物提高对单端孢菌毒素抗性的方法。本发明也涉及一种用所说的基因转化动物提高对单端孢菌毒素耐受性的方法。本发明还涉及在转化中将所说的基因用作选择性标记的方法。

发明背景

在全球范围内，禾谷镰孢霉(Fusarium graminearum)是一种重要的植物致病原，侵染了许多种类的植物，包括许多重要的粮食作物，例如玉米(穗和主茎腐烂)，大麦，和小麦(头枯萎)。适宜的环境条件(适宜的温度和高的湿度)可导致镰孢霉流行并造成上百万美元的损失。谷类作物感染禾谷镰孢霉会降低产量和谷物品质。品质的降低是由于这种真菌产生的真菌毒素作用的结果；这些真菌毒素在收获后保留在被污染的谷物中，对可能消费这些谷物的动物和人类的健康造成威胁。

在不流行的年份低水平的污染仍对安大略的玉米农场造成5％的损失，这一数字意味着使用这些玉米作饲料的养猪工业约$27,000,000的损失。在流行的年份，损失将是这一数字的两倍或三倍。这些对饲养业主种植业主的直接损失包括作物损失和与饲料减少和饲料质量下降相关的动物的损失。总之，联合国FOA估计世界上每年约25％的粮食作物被真菌毒素侵袭(Mannon和Johnson，1985，Fungi down on the Farm，New Scientist 105：12-16)。镰孢霉真菌毒素发现于所有的主要的谷类作物，包括玉米，小麦，大麦，燕麦，黑麦和其它的一些作物。这种病在温和的气候下最为流行。

真菌毒素是由许多种类的真菌产生的。禾谷镰孢霉以及结谷木镰孢霉(F.Sambucinum)，早熟禾镰孢霉(F.Poae)，拟分枝孢镰孢霉(F.Sporotrichioides)，大刀镰孢(F.Culmorum)和F.Crookwellense可产生一类被称为单端孢菌毒素的化合物。这一大的倍半萜环氧化物家族的化合物密切地相互关联，而在基本的化学结构上羟基化和取代基的位置和数目有所变化。由禾谷镰孢霉产生的主要的单端孢菌毒素是脱氧瓜萎镰菌醇(DON)，由于它能引起呕吐因而也被称为呕吐毒素。这些化合物是强力的真核细胞蛋白质合成抑制剂，对人类和动物以及其它有机体例如植物均具有毒性。

由于它们的毒性，有人已建议了用于人类食品和动物饲料的DON真菌毒素污染的安全阈值(Van Egmond，1989，Food Addit.Contam.6：139-188；Underhill，CFIA Fact Sheet，Mycotoxins，1996)。如果将家养动物用污染的谷类饲喂，则对家畜饲养者的威胁是对动物的健康会产生几个方面的危害，包括饲料摄入量降低，生长速率降低，生育能力降低，免疫抑制，出血，呕吐和可能造成死亡。这些效应中的一些可直接观察，因而可进行测定，例如体重降低，而其它一些效应是比较细微的变化，例如免疫抑制，因而难于对其进行定量。总之，猪的怀胎率降低10-20％，生长率降低10-20％，可使饲养业主的利润降低17-44％。真菌毒素对家禽和牛的影响没有量化，因为这两种动物对其饲料中的DON污染不太敏感，并且还没有对其经济性进行评估。

在镰孢霉流行的年份，用于人类消费品的高于2ppm DON安全阈值的加拿大谷物必降低等级使其成为动物饲料。如果谷物含有高于10ppm DON则不适于用作动物饲料并必须进行处理。由于许多农场主将自己生产的谷物用作农场动物的饲料，它们可能无法评估谷物中真菌毒素污染的水平，因而可能大量使用了DON污染的饲料。因而降低食品中单端孢菌毒素的水平非常重要，这可通过控制种植的谷类作物中镰孢霉的爆发来实现。

过去曾使用化学处理来控制单端菌毒素的生物合成。一种抑制剂是描述于美国专利4816406中的ancymidol。但在现在的环境下人们期望避免使用化学品进行控制，特别是对于食品。因而需要一种通过使用非化学品的方法控制镰孢霉，特别是禾谷镰孢霉的方法。