轉基因作物應用於防治植物病毒病害之介紹與現況

台中區農業改良場／趙佳鴻

　　自從在1983年利用農桿菌將外來基因轉殖入植物染色體並使之表現後，遺傳物質轉移即跨入一個新的紀元，也就是不再受自然界種屬間的約束；任何微生物、動物、植物的基因只要經過適當構築 ，即可以嵌入植物體內表現，十幾年來植物的基因工程的廣泛應用，勢必使得將來農業生產的型態產生巨大的改變。

　　防治病毒病害最有效的方法為抗病育種。在沒有抗病基因可利用的情況下，較可行的方法是交互保護(Cross protection)，交互保護作用之現象於1929年首先由Mckinney氏發現，即植物受一病毒感染後，對同類型病毒感染具有免疫力，利用此一現象，可讓植物感染一種對其本身沒有影響或影響不大的輕症系統病毒，此植物受輕症病毒的保護對同類型的強系病毒則有抗病能力，而達到防治的目的。基於植物病毒交互保護作用之理論，因此藉由基因轉殖的技術，將病毒的一部份轉移至寄主植物染色體內，應可干擾病毒的感染；也就是利用病毒本身的基因來達到抗病的功效。Powell Abel等人(1986)首先將菸草嵌紋病毒(TMV)的鞘蛋白基因轉殖到菸草細胞內，經再生過程得到能表現此基因的菸草，其子代經挑戰接種TMV，發現有延遲發病之效果，此現象命名為鞘蛋白媒介的抗性(coat protein-mediated resistance)。近年來，鞘蛋白轉型植物在許多植物病毒群中皆有研究報告發表，例如Alfafa mosaic virus，Bunyaviridae，Carlavirus，Cucumovirus，Ilarvirus，Luteovirus，Nepovirus，Potexvirus， Potyvirus，Tenuivirus，Tobamovirus，Tobravirus等，在菸草、番茄、馬鈴薯及木瓜等作物都有 成功的例子。

　　何謂鞘蛋白轉基因作物，以興大之鞘蛋白轉基因抗輪點病毒木瓜為例；木瓜在台灣是重要果樹之一，而木瓜輪點病毒(Papaya ringspot virus，PRSV)引起的病害為栽培上最大之限制因子；且目前以傳統的交互保護技術仍有每棵苗木均需接種，弱系病毒有回變之虞等缺點，因此中興大學葉錫東教授利用以完成解序工作之PRSV YK 強病系統(分離自台南永康地區)為材料先構築鞘蛋白基因，利用定點突變(site-directed mutagenesis)導入轉譯起始碼，並接於35S起動子和GUS的前導系列後，此一構築先轉型至煙草植株，在其內除可測到鞘蛋白併入基因體，並表現出鞘蛋白外，對TEV，PVY，PeMV和TVBMV都有保護效果。鞘蛋白基因也利用Agrobacterium媒介，先轉移至葉柄培養體，但誘導再生緩慢，迄今尚未誘導出正常芽體。改用未成熟胚誘導的擬胚化組織進行轉型作用，以 Agrobacterium 感染四個月後，在選擇性培養基即可見到體胚分化，轉基因體胚可在含100ppm kanamycin 下誘導發芽。目前PRSV YK的CP 基因已成功轉移至木瓜植株，溫室接種實驗已得到抗病株系，目前已完成田間試驗。目前此技術除應用於鞘蛋白基因外，亦包括有病毒的複製 、病毒或類病毒之反意股(antisense)RNA、ribozymes、衛星核酸(satellites)、defective interfering molecules、非結構性基因(nonstructural gene)以至輕症型病毒之完全基因體，此現象稱之為遺傳式交互保護(genetically engineered cross-protection)，或稱病原誘導性抗病(pathogen-derived resistance)。這些經由遺傳工程方式併入寄主的抗病基因，不但可以遺傳至子代，不影響園藝性狀，不僅突破傳統育種之限制，使用時又不增加生產成本，實開啟植物病毒病害防治另一嶄新途徑。

　　至1998年4月底為止，美國總共有33種轉基因作物已通過USDA、FDA、EPA的審核正式准許商品化，其中抗病毒的有三項包括鞘蛋白矮南瓜及木瓜等作物，這些大都是由美國及歐洲的大私人公司申請許可的，其中惟一的一個商業品種轉基因木瓜，係由政府支柱的機關夏威夷大學和康乃爾大學共同研發而成，由此可見財力雄厚的私人公司能力遠遠超過政府試驗單位。大體而言，轉基因植物之首例建立於歐洲而發揚光大於北美洲，尤其美國的法令週全完備，人民較易接受新產品，加上私人公司投入龐大的物力及財力進行研究與開發，因此領先其它國家，執世界之牛耳。歐盟諸國對轉基因作物一向較為保守，雖田間試驗規範嚴謹完備，目前尚無商業化品種正式上市。中國大陸對轉基因植物之研究非常重視，抗 TMV 和 CMV 雙抗煙草於1992-1994年即進行累計97萬畝的生產應用示範；而抗 TMV 和 CMV 甜椒， 抗 PVY 馬鈴薯等兩種轉基因植物並已通過農業部生物基因工程安全委員會批准，進入環境釋放階段，並朝商品化生產目標前進，可以說大陸在轉基因作物的研發和應用與世界潮流相當吻合，值得我們警惕學習。台灣有鑑於農業生物技術的重要性，十幾年來大力的推動，也成立了財團法人生物計術研發中心希望帶動生技產業，目前因法規不夠完備，國內生技產品商品化的過程尚有困難，因此農委會種苗法的修定，衛生署轉基因食品規範的頒佈，以及環保署基因工程生物的環境評估規範，都是急需建立，否則將無法趕上世界先進國家生物科技之 腳步。

(本文部份資料摘錄自興大植病系葉錫東教授之「轉基因作物應用於植物保護之現況」一文)