全 文 ：生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2009年第 2期·综述与专论·
收稿日期：2008-08-12
基金项目：中国农业科学院创新基金项目（2004-院-1），国家高技术研究计划（863）资助项目（2008AA10Z140，2001AA213131），“十一五”国家
科技支撑计划资助项目（2006BDA13B08），中国农业科学院北京畜牧兽医研究所科技创新团队资助项目（ywf-td-1）
作者简介：张鑫（1983-），男，山东省泰安市人，硕士，主要从事动物发育学及转基因动物研究；E-mail：sanjin1983@yahoo.com.cn
通讯作者：苗向阳，Tel：010-62895663，E-mail：mxy32@sohu.com
随着抗生素被广泛的应用甚至滥用，抗生素药
物残留和细菌耐药性的问题越来越受到全世界的
关注。 早在 1994 年 WHO 就已宣布，无论在发达国
家或者在发展中国家，抗生素耐药性都已成为影响
公众健康的严重问题。 因此，研究和开发新型抗菌
药物替代传统抗生素成为各国研究人员的攻关课
题。
近年来发现的抗菌肽 （antibacterial peptides），
不仅具有不同于传统抗生素的特殊作用机理，同时
还具有抑杀一些病毒、寄生虫、肿瘤细胞的能力，已
成为一类具有巨大发展潜力的新型抗菌、 抗病毒、
抗寄生虫和抗癌药物。 抗菌肽分子量小、热稳定性
和水溶性好，随着基因工程技术的发展以及对其研
究的不断深入，研究人员开始探索将抗菌肽基因转
入动、植物体内，不仅可以增添动、植物的防病抗病
的能力，而且有望通过建立转基因动、植物生物反
应器来大量生产抗菌肽。
1 抗菌肽简介
抗菌肽广义上是指存在于生物体内，由生物细
胞特定基因编码 、具有抵抗外界微生物侵害 、消除
体内突变细胞的一类小分子多肽。上世纪 70 年代，
瑞典科学家 Boman 等 [1]从惜古比天蚕（hyatophora c-
ecropia）中首先发现抗菌肽，并将其称为天蚕素（ce-
cropin）。 此后不久 Steiner 等 [2]便首次从惜古比天蚕
抗菌肽在转基因动植物中的研究进展
张鑫 1，2 苗向阳 1 尹逊河 2 马艳芳 2 曲朝杰 1，2 张秋婷 1，3
（1中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100094；2山东农业大学动物科技学院，泰安 271018；
3东北林业大学生命科学院，哈尔滨 150040）
摘 要： 抗菌肽是一类广泛存在于生物界的小分子短肽，具有广谱的抗菌、抗病毒、抗寄生虫及抗癌等生物活性。
将抗菌肽基因转入动、植物体内，不仅可以提高动、植物的抗病能力，而且有望通过转基因动、植物来大量生产抗菌肽，具
有重要的研究价值和广阔的应用前景。就抗菌肽的特性、抗菌机理及其在转基因动、植物中的研究做一简要的综述。
关键词： 抗菌肽 转基因 抗菌机制
Progress of Antibacterial Peptides in Transgenic Plants
and Animals
Zhang Xin1.2Miao Xiangyang1 Yin Xunhe2 Ma Yanfang2 Qu Zhaojie1，2 Zhang Qiuting1，3
（1Institute of Animal Science，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100094；2Animal Science and Technology，
Shandong Agricultural University，Taian 271018；3College of Life Science，Northeast University of Forestry，Harbin 150040）
Abstract： Antibacterial peptides，a family of short-chain pept des，are widely spread in biological world. Besides
broad-spectrum antibacterial activity，antibacterial peptides have biological activities on the resistance of virus，parasite and
tumor. Transgenic plants and animals transformed with genes of antibacterial peptides could enhance disease-resistant
activity. In this paper，the characteristics，application and progress of antibacterial peptides in transgenic plant and animal
were summarized.
Key words： Antibacterial peptides Transgenic Antibacterial mechanism
2009年第 2期
中分离出 Cecropin。 随着研究的深入，人们发现抗
菌肽来源及其广泛，从植物、昆虫到两栖动物、哺乳
动物（包括人类）都已发现有抗菌肽的表达。迄今为
止，已有近千种抗菌肽被相继分离、纯化 [3]。
天然抗菌肽来源广泛 、种类繁多 ，具有以下共
同特征：分子量小，大约为 4 kD 左右；由 30 多个氨
基酸残基组成的碱性小分子多肽，多数等电点大于
7，有较强的阳离子特性，并且对较大的离子强度和
较高或较低的 pH 值均具有较强的抗性；具有 N 端
亲水、C 端疏水的水脂两亲性质， 其中 N 端是稳定
区 ， 富含有赖氨酸和精氨酸等阳离子型氨基酸残
基，C 端富含甘氨酸、 丙氨酸和缬氨酸等氨基酸残
基 ，中间连接部分富含脯氨酸残基 [4]；绝大多数抗
菌肽第 2 位均为色氨酸， 对杀菌活性至关重要；在
一定条件下形成 α-螺旋和 β-折叠结构， 其中 N 端
易形成 α-螺旋，α-螺旋肽主要包括天蚕素（cecropin）
和爪蟾抗菌肽（magainin）等，而中间部分易形成 β-
折叠或铰链。 β-折叠肽主要包括哺乳动物防御素、
植物防御素、 昆虫防御素和富含脯氨酸的抗菌肽
等；热稳定性好，在 100℃加热 10~15 min 能保持其
活性。
2 抗菌肽的作用机理
传统抗生素是与病原体特定部位的受体结合，
使病原体的正常结构遭到破坏或使某些生物合成
受阻，以达到抑菌或杀菌的作用。 当抗生素作用的
靶位点发生改变时， 其抗菌作用就会减弱甚至消
失。 而抗菌肽主要是通过作用于细菌的细胞膜，破
坏其完整性并产生穿孔现象，造成细胞内容物溢出
胞外而死亡 [5]。 几乎所有的抗菌肽都是阳离子型的
或两亲性的，对脂多糖（LPS）具有较强的亲合作用，
而 LPS 是革兰氏阴性菌（G-）外膜的主要组分，抗菌
肽可通过竞争完全取代结合 LPS 的二价阳离子，导
致外膜破坏，使抗菌肽得以通过外膜，并随后与带
负电荷的磷脂膜结合，插入膜中。 当达到一定浓度
时，便形成非正式的跨膜通道，膜的完整性受到破
坏，胞质内容物外泄，细菌死亡。对革兰阳性菌（G＋）
而言， 由于其表面肽聚糖中存在带负电荷的胞壁
酸、磷壁酸、糖醛酸和氨基酸羧基，抗菌肽也能与之
结合，使肽聚糖层破坏而形成穿膜通道，致使细菌
表面穿膜通道形成后 ，菌体内离子大量流出 ，最终
导致细菌因高渗破裂而死亡。
Oren 等 [6]认为含 α-螺旋结构的抗菌肽通常以
“栅桶式 ”机制形成穿膜通道 ，而含 β-折叠结构的
抗菌肽则以“毯式”机制形成跨膜通道。就抗菌肽穿
越脂质双层的能力而言， 含 β-折叠结构的抗菌肽
相对较高，含 α-螺旋的居中，其他伸展肽类（exten-
ded peptides）相对较低。 由于抗菌肽对细菌细胞壁
的透过能力不同，不同种类抗菌肽对不同细菌的最
小致死浓度也有很大不同 [7]。 抗菌肽对于病毒、寄生
虫和肿瘤细胞等同样具有一定的抑制杀灭作用，但
其机理还不十分清楚，有待于深入研究。
3 抗菌肽转基因动植物的研究
虽然天然抗菌肽分布广泛 ， 但是其分离难度
大，化学合成成本过高，且产量低，工序繁琐。因此，
如何提高抗菌肽的生产效率，降低生产成本 ，是应
用抗菌肽必须解决的问题。 同时，抗菌肽具有分子
量小、热稳定、水溶性好、广谱抗菌等特点，通过基
因工程技术将抗菌肽基因转入动、植物体内 ，不仅
增添了动、植物的防病抗病能力，而且有望通过转
基因动、植物大量生产抗菌肽，甚至可能会为人类
传染病防治提供新的思路。
3.1 在转基因植物中的研究
据报道，植物病虫害可使作物产量直接损失达
40%左右，严重时可造成绝产。 在化学农药抗药性
严重的今天，将植物转入抗菌肽基因对其进行遗传
改良，以提高其抗病性，成为一条切实可行的出路。
常用的研究方法如根瘤农杆菌介导法、 基因枪法、
显微注射法等都已建立起比较成熟的操作体系，为
转抗菌肽基因植物研究奠定了基础。 目前，转抗菌
肽基因已成功转入多种植物中，其中一部分现已应
用于大田生产， 在抗病虫害方面取得了很好的成
效。
3.1.1 转抗菌肽基因在模式植物烟草和马铃薯中
的研究 我国早在 1987 年就开展了 “马铃薯抗青
枯病基因工程”的研究，现在由中国农科院生物技
术中心与中国科学院上海生物工程中心承担的抗
青枯病的转基因马铃薯早已获得成功。研究人员以
天然抗菌肽中杀菌活力最强的 Cecropin B 为蓝本，
设计合成了 3 种对革兰氏阳性及阴性细菌均具有
强杀伤活性的新抗菌肽 ABP3、Shiva 2A 及 WHD，
张鑫等：抗菌肽在转基因动植物中的研究进展 23
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2009年第 2期
通过农杆菌介导法导入我国 7 个马铃薯主栽品种
（系）中，共获得了 1 050 个转基因株系。 经分子检
测并在温室及田间人工苗圃中对部分转基因株系
接种青枯菌进行了抗病性鉴定，最终筛选得到了 3
个比起始品种抗病性提高 1~3级、达到中抗的株系[8]。
在转抗菌肽基因烟草的研究中，Florack 等 [9]用
不加信号肽 、 加 Cecropin B 信号肽 、 加大麦叶片
Thionin 基因信号肽的 Cecropin B 基因转化烟草，发
现若不带信号肽， 转基因烟草中 Cecropin B mRNA
的水平很低；加接昆虫信号肽 ，其 mRNA 表达量提
高； 而加接大麦叶 Thionin 基因信号肽的 mRNA 表
达最高。
3.1.2 转抗菌肽基因水稻的研究 水稻作为人类
主要的粮食作物，其抗病育种工作一直是各国研究
的重点。 黄大年等 [10]构建了一个含人工合成的 cec-
ropin B 基因载体 PCB1，将其转入水稻未成熟胚，获
得了整合有外源抗菌肽基因转基因水稻，抗病性测
定的结果显示获得转基因水稻对细菌性条斑病及
白叶枯病有显著抗性 。 而 Harma 等 [11]则将家蚕的
cecropin B 基因与水稻几丁质酶基因的信号肽融合
并构建组成表达载体，从而使 cecropin B 基因产物
能分泌到胞外避免被植物细胞降解，接种白叶枯病
菌后转基因水稻植株产生的病斑少而且病斑仅限
制在侵染点周围。最近，Campo[12]详细研究了转抗菌
肽基因 cecropin A 水稻在最适生长条件下和在霉
菌感染的应激条件下的 cecropin A 基因的表达，并
且指出转 cecropin A 水稻的抗病力可能是 cecropin
A 自身的抗菌活性及其在水稻中过度诱导表达综
合作用的结果。
3.1.3 转抗菌肽基因在其他植物中的研究 在其
他植物研究中，我国科研人员对此做了大量的研究
工作。 方宏筠等 [13]将 CecropinB 和 ShivaA 基因成功
转入樱桃外植体并获得转化植株，现在樱桃的抗菌
肽植株已由农业部批准进入田间实验；田长恩等 [14]
用花粉管通道法将柞蚕抗菌肽 D 基因导入番茄 ，
获得了转基因番茄，通过青枯假单孢菌接种结合高
发病大田种植试验结果显示，部分转基因植株的子
一代具有较强的抗青枯病能力；韩美丽等 [15]以枳壳
上胚轴为对象，进行了农杆菌介导的抗菌肽 shivaA
基因转化研究，结果证实目的基因已整合到植物基
因组中。总之，转抗菌肽基因植物的建立与应用，已
成为当前在抗病植物研究中的热点之一。
3.2 抗菌肽在转基因动物中的研究
抗菌肽在转基因动物中的研究起步较晚，目前
还多以抗菌肽转基因小鼠的研究为主，并且已经获
得了一些突破。 Reed 等 [16]将小鼠 IL-2 基因与抗菌
肽 Shiva1a 基因和 SV40 多腺苷酸化/剪接信号肽连
接构建的融合基因 ，注入小鼠原核期受精卵，获得
26 个转基因鼠系， 用刀豆蛋白 A 刺激转基因小鼠
的脾脏淋巴细胞，检测发现其中 2 个转基因鼠系的
脾脏淋巴细胞可被诱导转录、 产生成熟的 Shiva1a
mRNA。 再用一定量的布鲁氏杆菌感染攻击上述 2
个转基因成功的鼠系和非转基因对照组小鼠。 4 周
后，检测小鼠脾脏组织中的布鲁氏杆菌数，结果发
现转基因小鼠脾脏组织中布鲁氏杆菌数明显少于
非转基因小鼠（P<0.05），表明抗菌肽转基因小鼠获
得了较强的抗菌能力。 Aliye 等 [17]将重组 cecropin B
和 cecropin P1 单细胞克隆入契努克鲑鱼胚胎细胞
（CHSE-214）中，结果发现，CHSE-214 表达出来的天
蚕抗菌肽对嗜水气单胞菌 （Aeromonas hydrophila）、
荧光假单胞菌 （Pseudomonas fluorescens）与安圭拉
弧菌 （Vibrioanguillarum）等 3 种鱼类病原菌均有很
强的杀伤力。
李华等 [18]以绿色荧光蛋白 GFP 基因与 cecropin
B 突变体 ABP-S1 基因的融合基因 PCMG 构建了以
pcDNA3.1 为载体的 pcDNA3.1-PCMG 抗菌肽基因，
通过显微注射方法注射到 FVB 小鼠受精卵雄原核
中，将存活的胚胎移植到假孕母鼠输卵管内发育产
生子代小鼠 ， 结果在生出的 119 只小鼠中经 PCR
和 Southern blot 检测到 7 只阳性小鼠。张舒等 [19]，构
建了含 CMV 启动子和 BGHpolyA 加尾序列的人 β
防御素 2（HBD-2）微基因，采用受精卵显微注射法
建立了 HBD-2 转基因小鼠模型，并通过 RT-PCR 和
免疫组化检测显示 HBD-2 在其 F1 代转基因小鼠
生殖道、呼吸道、泌尿道以及血管内皮等组织部位
广泛表达。 目前，各国研究人员正试图借鉴已成功
的抗菌肽转基因工程方法，把特异的抗菌肽基因转
入畜禽特定细胞中表达，产生抗病新品种。 这将为
以后解决一直困扰畜牧业生产的细菌性和病毒性
传染病的难题提供新的思路。
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另外 ，Yarus 等 [20]将小鼠乳清酸蛋白 （WAP）基
因调控序列牛气管抗菌肽 （bTAP） 基因构建的
pWAP/bTAP 融合基因，注入小鼠原核期受精卵，成
功获得了 pWAP/bTAP 转基因小鼠。 在此种转基因
雌鼠的乳腺中，用 RT-PCR 法检测到目的基因的转
录，从其乳汁中获得了目的基因产物即牛气管抗菌
肽（bTAP）。体外试验证实，此种转基因产物（bTAP）
对大肠杆菌具有杀伤作用。
4 问题与展望
在抗生素耐药性日益严重、病毒病和肿瘤仍未
攻克的今天，抗菌肽的出现无疑为人们寻找理想的
抗菌、抗病毒和抗肿瘤药物提供了新的领域。 转抗
菌肽动植物潜力巨大， 但目前仍存在一些问题，如
抗菌肽分子小 ，易被蛋白酶降解，其表达产物可能
对宿主有害， 而且目前缺乏检测抗菌肽的抗体；目
的基因在宿主基因组中的随机整合有可能造成宿
主染色体突变， 同时也可能影响目的基因的表达；
转抗菌肽基因动植物阳性率偏低及其最终应用时
的安全性还有待研究等。随着对抗菌肽及转其基因
技术在理论和应用上更深入的研究，以上问题会迎
刃而解， 抗菌肽最终必将对人类发展产生深远影
响。
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