植物天然免疫性研究进展及其对作物抗病育种的可能影响

植物定植在充满各种病原菌的环境中却能健康生长,显示其拥有一套免疫系统以应对病原物的侵染。最近,人们发现植物免疫系统至少包括2个层次：第一层为病原相关分子模式(PAMP)激发的免疫性(PTI),即植物通过细胞表面模式识别受体(PRRs)对病原菌的PAMPs进行分子识别,从而启动植物的防卫反应;第二层为病原菌效应子激发的免疫性(ETI),即有些毒性强的病原菌通过产生效应子(effectors)来抑制PTI,从而突破植物的第一道防线,而植物又进化出新的分子受体(例如R基因编码的NBS-LRR蛋白质)以侦察病原菌效应子并启动第二道防卫反应。数亿年来,病原菌的侵染和植物的防卫交替进行,促进了病原菌和植物基因组的共进化。最新的研究还发现,黄单胞杆菌TAL effectors和寄主植物DNA 的相互识别中,利用了精准的分子密码。TAL effector类蛋白识别植物靶基因的启动子序列,识别模式是2个氨基酸识别一个核苷酸。通过这种识别,TAL effector操控植物靶基因的表达,引起寄主植物的感病或抗病反应。上述抗病分子机理研究的突破,将对植物抗病育种产生重要影响。     

植物应对病毒的免疫响应

植物为应对外界病原体的侵扰,在进化过程中形成了一套多层次的免疫系统。对于植物应对真菌、细菌的免疫过程,前期建立了基于寄主与病原分子间相互作用的Z免疫模型。其中第一层次是由病原相关分子模式(PAMP)激发的免疫响应(PTI);另一层次是由效应子(Effector)激发的免疫响应(ETI)。植物在应对病毒的免疫响应中,第一层次是主动清除降解细胞内的病毒核酸,即通过一种高度保守的、序列特异的RNA沉默防御机制来实现;病毒攻克RNA沉默机制后,与应对真菌、细菌的免疫过程相似,植物进而启动基于R基因的免疫响应。另外,植物在免疫过程中还会通过激活一系列信号途径,使植物产生过敏反应或产生系统性抗性,从而抵抗病原体的进一步浸染。本文通过免疫系统分子模型,就近年来有关植物响应病毒的分子调控机制进行了综述。     

病原菌诱发的植物先天免疫研究进展

植物生存在复杂多变的环境之中,它们不仅拥有抵御病原菌的天然屏障,如坚硬的细胞壁、质外体的低p H值、分泌的抗菌酶或其它抗菌组分等,而且进化出了精密的先天免疫系统:病原菌相关分子特征(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)诱导的免疫反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应因子诱导的免疫反应(effector-triggered immunity,ETI)。PTI和ETI,虽然代表的是植物先天免疫的不同层面,但两者密切相关,奠定了植物先天免疫的遗传学基础。本综述描述了植物与病原菌相互作用的共同进化过程,概述了植物先天免疫在病原菌入侵过程中发挥的作用及其分子机制,并阐述了植物病原细菌Ⅲ型分泌系统分泌的大量效应蛋白在调控植物先天免疫中的重要作用。     

转fla基因水稻的育成及抗病谱分析

植物在长期抵御病原物侵染的进化过程中,通过识别病原相关分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMPs)激活植物的防卫反应是一个重要的抗病机制。细菌鞭毛蛋白保守的分子特征属于PAMPs,植物可通过识别鞭毛蛋白来感知细菌,从而启动植物自身的免疫系统。这一特性提示鞭毛蛋白在植物抗病育种具有较大的应用前景。本研究利用转基因载体p CAMBIA1300将来源于枯草芽胞杆菌的鞭毛蛋白基因转入水稻,通过转基因植株的分子鉴定和抗性鉴定,筛选到3株苗期高抗稻瘟病的转基因植株。转基因植株不产生类似过敏反应的褪绿斑点。这一结果提示枯草芽胞杆菌鞭毛蛋白在水稻稻瘟病抗性育种中具有一定的应用潜力,获得的转基因抗性植株对不同抗性机制的研究具有一定的意义。     

抗稻瘟病新基因被克隆

<正>近日,《细胞研究》在线发表中国工程院院士万建民团队有关水稻抗稻瘟病分子机制的最新进展。他们克隆了调控水稻先天免疫的新基因Os CNGC9,并对其影响水稻苗期稻瘟病抗性的分子机制进行了深入研究。植物主要依靠自身的免疫系统抵御病原的入侵。在模式触发的免疫反应(PTI)中,植物通过定位于细胞膜上的模式识别受体(PRRs)识别病原相关分子模式(PAMP),从而激活PTI反应。细胞质中钙离子浓度的瞬时上升一直     

植物抗性信号分子——水杨酸研究进展

植物在与病原物长期相互作用、共同进化过程中产生一系列防卫体系,从而有效地抑制病原物对自身的侵害。当植物受到病原物侵染时,侵染部位通常会在几小时内形成局部细胞死亡,限制病原物的增殖与扩散,称为过敏反应(Hyper sensitive Response, HR)。过敏反应几天或1周后整株植株会对其他病原物产生抗性,称为系统获得性抗性(Systemic Acquired Resistance, SAR)。SAR强调受侵染后植株获得整体抗性的能力,大量研究结果认为SAR是普遍存在的,并具有广谱性。许多研究证实,SA是SAR的重要诱导因子,也是植物受病原菌侵染后活化一系列防卫反应的信号传导途径中的重要组成成分。较为详细论述了SA在诱导植物产生抗病性过程中的作用及其研究进展,另外还对SA在其他抗性方面的作用做了简单的叙述。     

植物抗病基因特异性分子进化

病原物与寄主间长期的相互选择与适应，使得植物的抗病性具有丰富的表现形式。根据基因对基因模式，植物中存在的抗病基因和病原物中具备的无毒基因的互作进化可视为连续的步步适应的相互选择的过程。随着抗病基因的分离以及抗病性分子生物学研究的不断深入，抗病基因保持对无毒基因的识别从而不断进化的分子机制逐步得到阐明。本文综述了植物与病原物相互作用过程中，植物对病原物的特异性识别，由此获得的对于该病原物的专化抗性，并且随病原物的变异而进化的分子机制方面的研究进展，主要包括：抗病基因的结构特征，无毒基因的多样性，抗病基因的基因组结构，抗病基因之间在起源和进化上的关系以及重组、复制、删除、转座子等对植物保持对不断变化的无毒基因特异性识别所起的作用等方面。     

王逍冬研究组在系统获得抗性提高小麦广谱抗病研究方面获得进展

<正>笔者从河北农业大学植物保护学院获悉,12月10日,分子植物病理学权威期刊Molecular Plant-Microbe Interactions (影响因子4.02)在线发表了该院王逍冬副教授研究小组的学术论文,报道了利用麦类作物系统获得抗性提高小麦广谱抗病水平的研究。系统获得抗性(Systemic Acquired Resistance, SAR)是一种可诱导的植物抗病模式,具有对次生病原物的广谱抗性特征。在拟南芥中,受     

植物免疫调节小肽分子的形成和释放机制,或为作物抗病育种提供新思路

<正>昆虫啃食、动物践踏以及周边的不利环境都会造成植物的损伤,从而导致植物面临病原菌侵入的风险。损伤部位的植物细胞会释放出多种信号分子,激活周围组织中的防御反应,以对抗病原菌的侵入。这些信号分子被称为损伤相关的分子模式(damage associated molecular patterns, DAMPs),包括ATP、细胞壁衍生分子,小分子肽和谷氨酸。在拟南芥中,植物激发子肽(plant elicitor peptides,Peps)被认为是一种     

棉花中抗性基因类似物的鉴定

植物已经进化形成了抵抗病毒、细菌、真菌、线虫、原生动物和寄生物的遗传机制。许多病原抗性基因的鉴定增加了我们对植物抵抗病原侵染或缓慢感染以及病害扩展的了解。植物病原抗性基因编码能识别和结合由入侵病原无毒性基因编码产物的蛋白质。认为这种识别和结合过程能引发信号级联，诱导各种植物抵抗     

西瓜SOD家族基因的鉴定及其对枯萎病菌的响应特征分析

西瓜作为一种重要的园艺作物,极易受到逆境尤其是各种病原菌的侵害,在生产上造成严重的损失。逆境胁迫会诱导植物细胞内活性氧自由基的积累,产生氧化胁迫,影响植物的生长发育。超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)是抗氧化系统的第一道防线,能有效清除活性氧,减轻氧化胁迫从而提高植物对逆境的耐受能力,但还没有研究对西瓜SOD基因进行分离和鉴定。本研究采用生物信息学手段在西瓜基因组中共鉴定到8条ClSOD基因,并对它们基因结构、进化关系、蛋白结构、亚细胞定位、启动子顺式作用原件及表达模式等进行预测和分析。根据蛋白结构和进化分析表明,西瓜SOD蛋白可分为Cu/ZnSODs和Fe-MnSODs两类,进一步分为4个亚族。绝大多数西瓜SOD基因含有多个内含子。利用荧光定量PCR(qRT-PCR)分析发现,西瓜SOD基因具有不同的的时空表达模式。另外,我们从ClSOD基因的启动子上鉴定到许多激素和逆境相关的顺式作用元件。接种尖孢镰刀杆菌后,西瓜抗病品种中大部分SOD基因的表达上调而感病品种中则相反,初步鉴定到一些与枯萎病抗性相关的ClSOD基因。本研究将为西瓜抗病基因的功能鉴定及其调控机理的探究提供科学依据,也为西瓜抗病分子育种提供理论基础。     

寄主诱导的基因沉默提高植物真菌病害抗性研究进展

寄主诱导的基因沉默(host-induced gene silencing,HIGS)以病原菌生长发育、产孢繁殖、侵染或致病过程中的关键基因作为靶点,在寄主植物中表达针对靶基因的RNAi构建体,在病原菌侵染植物的过程中,摄入相应的ds RNA或si RNA分子,通过识别、结合特异核苷酸序列,干扰病菌靶基因表达,从而抑制病菌侵染和扩展,使植物表现抗病。这项技术为培育基于病原菌特异序列的植物抗病性奠定了基础,显示了巨大的应用潜力。本文综述了利用HIGS技术提高植物真菌病抗性的最新研究进展,总结了国内外利用这项技术改良植物真菌病害抗性的主要策略、技术路线,展望了发展应用前景。     

N-3-羰基十四烷酰基高丝氨酸内酯诱导番茄对灰霉病抗性机制初探

为了探究细菌群体感应(QS)信号分子N-酰基高丝氨酸内酯(AHLs)在植物上诱导对于真菌病害的抵抗能力。以番茄为试验材料,以灰霉为病原指示菌,通过不同侧链长度和侧链修饰的AHLs信号分子预处理后接种病原菌,发现长链信号分子N-3-羰基十四烷酰基高丝氨酸内酯(3OC14-HSL)对灰霉有最佳的抗性效果。实时荧光定量PCR检测抗病基因发现,与未处理对照组相比,信号分子3OC14-HSL预处理能显著诱导接种灰霉病后的番茄体内与茉莉酸(JA)信号通路相应基因PI1、PI2上调;而与水杨酸信号(SA)通路相关的NPR1基因显著下调,PR1基因则没有显著变化。进一步通过DAB染色、过氧化氢含量测定以及过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性检测发现,3OC14-HSL预处理相比未处理对照组使得番茄产生大量活性氧,且可以保持较高的POD、SOD活性。这些结果表明,长链信号分子N-3-羰基十四烷酰基高丝氨酸内酯可以诱导番茄对灰霉的抗性,而且该抗性效果可能与茉莉酸信号路径相关。     

水稻-病原菌互作途径研究进展

水稻稻瘟病和白叶枯病分别由真菌病原菌Magnaporthe oryzae (M. oryzae)和细菌病原菌 Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)引起,是造成世界范围内水稻减产的主要病因,水稻-稻瘟病菌及水稻-白叶枯病原菌互作已成为研究植物-病原菌互作的模式系统。本文归纳了目前已克隆的抗稻瘟病及白叶枯病基因与其分子结构和功能,概括了近年来鉴定的一些病原菌相关分子(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)及稻瘟病菌和白叶枯菌分泌的效应蛋白,并总结了针对稻瘟病菌和白叶枯菌介导的病原物分子诱导的抗病反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应蛋白诱导的抗病性(Effector-triggered immunity,ETI)及其信号传导途径的研究成果,指出效应蛋白-抗病蛋白间互作将为探索植物-病原菌间互作提供新的分子基础,并为水稻抗病育种实践提供借鉴与指导。     

水稻-病原菌互作途径研究进展

水稻稻瘟病和白叶枯病分别由真菌病原菌Magnaporthe oryzae (M. oryzae)和细菌病原菌 Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)引起,是造成世界范围内水稻减产的主要病因,水稻-稻瘟病菌及水稻-白叶枯病原菌互作已成为研究植物-病原菌互作的模式系统。本文归纳了目前已克隆的抗稻瘟病及白叶枯病基因与其分子结构和功能,概括了近年来鉴定的一些病原菌相关分子(Pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)及稻瘟病菌和白叶枯菌分泌的效应蛋白,并总结了针对稻瘟病菌和白叶枯菌介导的病原物分子诱导的抗病反应(PAMP-triggered immunity,PTI)和效应蛋白诱导的抗病性(Effector-triggered immunity,ETI)及其信号传导途径的研究成果,指出效应蛋白-抗病蛋白间互作将为探索植物-病原菌间互作提供新的分子基础,并为水稻抗病育种实践提供借鉴与指导。     

番茄叶霉菌无毒基因的研究进展

无毒基因是病原物遗传因子,其编码的产物激发病原物与植物特异性相互作用。病原物无毒基因与植物抗病基因产物间直接或间接相互作用导致产生的基因对基因抗性是植物抗病性的重要形式。番茄与叶霉病之间的特异互作被认为是遵循Flor的“基因对基因”假说的典型体系。绝大多数已克隆的无毒基因之间,及其与已知蛋白之间,均无显著的序列同源性。无毒基因具有双重功能：在含瓦补抗性基因植物中表现无毒效应,而在不含互补抗性基因植物中显示毒性效应。本文综述了番茄叶霉菌无毒基因的多样性、意义、结构及其功能等等,了解病原菌无毒基因的结构及功能,有助于了解病原物与植物的识别机制,对认识植物的抗病性,特别是非寄主植物对病原菌的广谱抗病性也具有重要意义。     

植物阶段性抗性的表现形式及分子机制

为了更好地适应多变的环境,植物自身形成了许多复杂的防御机制。其中,阶段性抗性是受植物发育调控产生抗性的一种防御机制,它可能是特异性的,也可能是广谱性的。不论是何种形式,抗性一旦被获得,它就能在植物发育的整个过程中保持,因此这种抗性机制在农业生产中具有重要的应用前景。植物病原菌诱导的植物防御反应可人为地划分为三个连续步骤:识别-信号转导-防御相关基因的表达,植物发育对阶段性抗性的影响可能发生在这三个步骤的任何一个。在本文中,我们总结了植物阶段性抗性的表现形式、分子机制以及最新进展。     

邢维满课题组合作发现疫霉菌攻击大豆胞外免疫的新机制

<正>在病原菌侵染植物的早期,质外体是病原菌进入植物细胞的"必经之地",也是植物与病原菌战斗的最"前线"。植物分泌的防卫蛋白会与病原菌分泌的效应蛋白"正面交锋",发生一系列分子互作来"相互制衡"。在植物与病原菌之间的协同进化过程中,植物与病原菌各自都会不断进化出新的"武器"来"投入战斗"。近日,南京农业大学作物疫病团队与中国科学院上海植物逆境生物学研     

一个杨树第V类几丁质酶基因的克隆及表达分析

几丁质酶是一种重要的糖苷酶,在植物抗生物及非生物胁迫的过程中发挥了重要的作用。根据序列差异及所含结构域的不同,杨树中的几丁质酶可以分为5类。其中关于第Ⅴ类几丁质酶的研究最少。本研究在加拿大杨中克隆到了一个第Ⅴ类几丁质酶基因PcCHI3。序列分析的结果显示,该基因cDNA全长1303bp,含完整的开放阅读框,可编码366个氨基酸。预测蛋白质分子质量为39.53kD。理论等电点(pI)为5.49。PcCHI3与苦瓜、烟草、梨的第Ⅴ类几丁质酶在系统进化树上同属一个分支。对PcCHI3在逆境胁迫及病原真菌诱导下的表达模式进行分析后发现,该基因可以被杨树病原真菌杨生褐盘二孢菌强烈诱导(可达对照的83倍),在干旱胁迫及盐胁迫的条件下表达量也出现了较大的上调(为对照的4~5倍)。研究结果为杨树几丁质酶功能的系统进化及林木抗性育种研究建立了一定基础。     

科学家发现miRNA和效应蛋白在植物与病原微生物战役中的新功能

正与人类一样,植物在生长发育过程中也会受到各种病原微生物的侵袭,且在长期进化中形成了复杂的防御体系,而病原微生物也发展出对抗寄主抗性的多种多样的策略。近日,中国科学院生物互作卓越创新中心研究员郭惠珊团队发现mi RNA和效应蛋白在植物与病原微生物战役中调控免疫和抑制免疫的新功能,并详细解析了它们的作用机制。"生长与防御的权衡"是植物协调生长与抗逆的平衡。在植物的免疫机制中,免疫受体R蛋白识别病原效应蛋白诱发的免疫反应和小分子RNA(si RNA/mi RNA)介导的RNA沉默是两种重要的防御途径。没有病原侵染时,如