植物抗病分子机制研究进展

近十年来,植物抗病分子机制研究取得显著进展。综述了植物抗病基因的克隆及其结构分析、病原菌无毒基因及其相关致病因子的克隆与研究、信号传导相关因子的克隆及其结构分析以及植物-病原菌的相互作用研究,重点介绍了以植物特异抗病基因为介导的诱导防卫作用机制(包括抗病基因编码毒素蛋白,进而抑制病原菌的繁殖;显性基因编码病原菌致病性的靶标物;抗病基因表达产物直接引发抗病反应和基因对基因的抗病作用机制等)的研究进展,以期为植物抗病育种提供有益的信息。     

植物抗病分子机制研究进展

近十年来,植物抗病分子机制研究取得显著进展.综述了植物抗病基因的克隆及其结构分析、病原菌无毒基因及其相关致病因子的克隆与研究、信号传导相关因子的克隆及其结构分析以及植物-病原菌的相互作用研究,重点介绍了以植物特异抗病基因为介导的诱导防卫作用机制(包括抗病基因编码毒素蛋白,进而抑制病原菌的繁殖;显性基因编码病原菌致病性的靶标物;抗病基因表达产物直接引发抗病反应和基因对基因的抗病作用机制等)的研究进展,以期为植物抗病育种提供有益的信息.     

植物抗病的分子生物学基础

随着分子生物学的不断发展，人们已逐步了解植物寄主与病原之间的相互作用及植物抗病的分子机理。植物受病原侵染后出现两种类型的卫反应：局部防卫反应（过敏反应）和系统获得性防卫反应。本质素、植保素、活性氧、水杨酸等物质已被证明了在植物抗病中起了重要作用。抗病基因和防卫基因的诱导表达构成了防卫反应的遗传基础。本文综述了近年来抗病的分子生物学研究进展，并对其发展和应用前景作了展望。     

植物抗病反应的信号传导网络

植物由抗病基因介导的防卫过程存在一系列生理生化和分子生物学反应,这些反应从病原菌侵染点开始的超敏反应（HR）并延伸到远处组织的系统抗性或获得性抗性（SAR）,受制于一种信号传导网络的调控,这个信号系统由抗病蛋白和病原菌非毒性蛋白在一种配体-受体的互作模式下激发,并由信号分子H2O2,NO和系统信号分子SA,JA和乙烯和通过关键调控基因传递和放大,最终诱导一系列防卫反应基因的表达和代谢的变化而产生抗性。植物防卫信号的产生有类似于动物免疫系统因子的介导,并可由非寄主病原菌或诱导子诱发,这些信号途径所产生的广谱抗性为植物抗病基因工程的应用奠定了基础。     

植物抗病反应的信号传导网络

植物由抗病基因介导的防卫过程存在一系列生理生化和分子生物学反应,这些反应从病原菌侵染点开始的超敏反应(HR)并延伸到远处组织的系统抗性或获得性抗性(SAR),受制于一种信号传导网络的调控。这个信号系统由抗病蛋白和病原菌非毒性蛋白在一种配体-受体的互作模式下激发,并由信号分子H2O2,NO和系统信号分子SA,JA和乙烯和通过关键调控基因传递和放大,最终诱导一系列防卫反应基因的表达和代谢的变化而产生抗性。植物防卫信号的产生有类似于动物免疫系统因子的介导,并可由非寄主病原菌或诱导子诱发。这些信号途径所产生的广谱抗性为植物抗病基因工程的应用奠定了基础。     

植物TIR-NB-LRR类型抗病基因各结构域的研究进展

植物抗病反应是一个多基因调控的复杂过程,在这个过程中R基因发挥了非常重要的作用。根据其氨基酸基序组成以及跨膜结构域的不同,R基因可以分为多种类型,其中NBS-LRR类型是植物基因组中最大的基因家族之一。TIR-NB-LRR类型的抗病基因又是NB-LRR类型中的一大类,也是目前抗病基因研究的热点。该文总结了TIR-NB-LRR类型抗病基因各个结构域的功能和相关的研究进展。相关研究表明,TIR结构域主要通过自身或异源的二聚体化介导抗性信号的转导,但也有部分研究表明,该结构域可能参与病原菌的特异性识别。NBS结构域常被认为具有"分子开关"的功能,它可以通过结合ADP或ATP来调节植物抗病蛋白的构象变化,从而调节下游抗病信号的传导。LRR结构域在植物与病原菌互作的过程中可以通过与病原菌的无毒蛋白直接或间接互作来特异识别病原菌。也有研究发现,LRR结构域具有调节信号传导的功能。这些信息将为研究植物抗病机理提供理论依据,也为将来通过基因编辑技术对作物进行定向抗病育种提供思路。     

植物抗病基因(R)与病原物无毒基因(Avr)相互作用机制的研究进展

PTI和ETI是植物在长期进化过程中形成的两类抵抗病原物的机制。基因对基因假说的抗病方式属于ETI抗性机制的一种,该假说认为具有保守NB-LRR结构域的R蛋白识别病原物非保守的无毒蛋白效应子(Avr),激活防卫反应信号途径,导致过敏性坏死。植物抗病基因(R)与病原菌无毒基因(Avr)产物间的直接或间接相互作用而产生的基因对基因抗性是植物抗病性的重要形式,该文对植物抗病蛋白与无毒蛋白相互作用机制进行了综述。其中,间接相互作用模式是主要方式。     

植物抗病基因结构、功能及其进化机制研究进展

植物与病原菌在长期的共进化和相互选择的过程中,逐渐形成了组织障碍、非寄主抗性和小种专化抗性等有效的防御机制。小种专化抗性(基因对基因抗性)主要是由植物抗病基因识别相应的病原菌无毒基因并激活植物体内抗病信号进而抵御病原菌的侵染。从目前已克隆的 70 多个抗病基因来看,它们在结构上具有高度保守性,主要包括核苷酸结合位点(NBS),亮氨酸重复结构(LRR), 蛋白激酶结构域(PK), 果蝇蛋白 Toll 和哺乳动物蛋白质白细胞介素 1 受体[interleukin(IL)-1 receptor]类似结构域(TIR), 双螺旋结构(CC)或亮氨酸拉链(LZ)和跨膜结构域(TM)等,其在抗病基因与病原菌无毒(效应)蛋白互作以及植物内部免疫信号传导中起着重要的作用。同时,抗病基因又通过基因复制、遗传重组等进化机制形成多基因家族,为植物抗病的专化性和多样性提供了重要的遗传基础。本文主要讨论了近来已克隆抗病基因的结构特征、功能以及抗病基因进化机制研究的进展。     

一氧化氮在植物抗病反应中的信号作用

近年来的研究发现,一氧化氮（nitic oxide,NO)在植物抗病反应中具有重要作用,本文概述了植物中NO的来源,NO在植物抗病反应中的信号传导作用,NO与植物中其它信号分子之间的相互作用以及NO的研究进展。     

作物抗病基因工程研究进展

控制植物病害的关键,取决于对植物与病原菌相互作用的分子机理的了解。将抗病基因、信号传导／调控基因、抗菌蛋白基因等导入拟改良的作物、选育抗病新品系,是当前作物抗病基因工程研究的主要策略。本文介绍利用植物抗病反应中系列重要基因进行作物抗病基因工程的研究进展,讨论了目前作物抗病基因工程中存在的问题及其解决的方法。