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。     

稻瘟病基础抗性机制的研究进展

水稻对稻瘟病抗性包括基础抗性和主效基因抗性。基础抗性表现中等抗性水平,但具有广谱持久的特点。近年来,随着PTI-ETI理论框架的建立和植物分子遗传学、基因组学的发展,稻瘟病基础抗性机制研究取得了许多重要进展。发掘并利用基础抗性基因资源,已成为人们培育广谱持久抗病水稻品种的一种共识。本文综述了水稻抗稻瘟病基础抗性机制,尤其是水稻抗稻瘟病PTI机制,水稻抗稻瘟病基础抗性基因/QTLs鉴定、克隆和应用等方面研究的进展,同时探讨了未来值得重点关注的研究方向。     

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。     

稻瘟病菌与水稻互作研究进展

为了更好的防控稻瘟病的发生,为水稻育种工作和新药研发提供科学依据,深入了解稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)与水稻相互作用的机制是非常必要的。本文归纳了稻瘟病菌侵染水稻的机制、水稻对稻瘟病菌侵染的信号识别及其下游反应以及识别后诱导水稻产生的防御反应机制,分析了水稻防御相关基因的表达调控以及利用分子育种手段提高水稻抗病性的相关策略。稻瘟病菌侵染水稻后,植株会通过细胞壁加厚、病程相关蛋白表达以及病原菌侵入位点细胞程序性死亡等系统免疫反应来抵御稻瘟病菌的侵染;因此指出通过基因工程手段诱导植物发生免疫反应来抵御稻瘟病菌的危害具有重要的现实意义,也是防治病害最有效和最经济的方法;而且,作为研究病原菌—植物互作的模式系统,深入了解稻瘟病菌与水稻的互作机制,也为通过诱导水稻防御基因的表达来防治其他重要真菌性病害提供了科学依据。     

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。     

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。     

前沿科技

正新研究揭示水稻广谱抗稻瘟病防卫机制中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所研究团队在水稻广谱和持久抗稻瘟病机制研究中又获新突破。该研究发现,植物中存在一类新的转录因子家族,被他们命名为RRM,这类RRM因子可以与抗病受体PigmR等互作,进入细胞核激活下游的防卫基因,从而使水稻产生广谱     

万建民团队揭示钙通道蛋白调控水稻抗稻瘟病分子机制

<正>近日,中国农业科学院作物科学研究所万建民院士团队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。该研究建立了一条从病原菌识别到钙离子通道激活的免疫信号传导途径,填补了植物模式触发的免疫反应中缺失的重要一环,也为利用Os CNGC9进行水稻抗病遗传改良     

中国农业科学院揭示水稻与病原菌互作分子调控机理

<正>近年来,有关水稻先天免疫机制的认识在不断加深。中国农业科学院植物保护研究所"千人计划"学者王国梁科研团队和"国家引进外国高端人才计划"学者简·利奇(Jan Leach)教授研究组在稻瘟病菌和水稻白叶枯病菌的效应蛋白鉴定及生物学功能、水稻抗稻瘟病和白叶枯病基因克隆及抗性机理方面研究,揭示了水稻抗稻瘟病及白叶枯病的分子机理,着重阐述了稻瘟病菌、白叶枯病菌与水稻互作的分子调控网络。     

黑龙江省稻瘟病菌无毒基因的组成及其频率初析

正稻瘟病(Magnaporthe oryzae)是世界各水稻产区广泛发生的重要真菌病害,也是黑龙江省水稻高产稳产的重要限制因子之一。培育和种植抗病品种是防治稻瘟病最经济、最有效的措施。然而,长期以来困扰育种家的问题是如何延缓抗稻瘟病水稻品种在生产中大面积种植3~5年后变成感病品种。病原菌无毒基因编码的产物能够激发病原物与植物产生特异性相互作用,水稻抗病基因产物直接或间接识别病原菌无毒基因产物时,可以诱导植株产生抗病反     

中科院微生物所揭示水稻识别稻瘟菌侵染机制

<正>水稻是我国重要的粮食作物,但稻瘟菌的危害是影响水稻高产、稳产的一个重要因素。中国科学院微生物研究所刘俊课题组在前期的研究中发现,稻瘟菌侵染水稻时可以分泌众多的蛋白到水稻的质外体中。而植物对病菌的识别主要存在于两个层面,对病菌表面保守的分子特征物质(PAMP)的识别(PTI,PAMPs triggered immunity)和对致病因子(effector)的识别(ETI,Effector triggered immunity)。识别PAMPs的     

水稻稻瘟病抗性基因定位、克隆及应用

稻瘟病是水稻生产中最严重的病害之一,严重影响水稻的产量和品质,由于稻瘟菌小种的变异快,垂直抗性基因难以持续控制稻瘟病的危害,因此,定位和克隆广谱持久的稻瘟病抗性基因,揭示其作用的分子机理,结合分子育种技术培育高产优质多抗的水稻新品种将是今后解决稻瘟病抗性育种最有效的途径.本文综述了水稻和稻瘟病菌之间的互作,稻瘟病抗性的分子机制,稻瘟病抗性基因定位,目前已经定位了73个稻瘟病质量抗性基因,其中9个稻瘟病抗性基因已经被克隆并进行了深入的研究,此外定位了至少11个QTL以及稻瘟病抗性基因克隆和功能分析,及其在水稻抗病育种中的应用.     

子预44中抗稻瘟病基因Pi-zy3(t)的定位

稻瘟病是影响水稻高产、稳产、优质的重要病害。广谱持久抗瘟品种的培育和利用是防治稻瘟病最经济有效的措施之一,但广谱持久抗性分子机制还不清楚。子预44是一具有广谱持久稻瘟病抗性的云南地方粳稻品种,对其抗瘟基因的鉴定将有助于揭示其抗瘟分子机制。本研究通过利用子预44和感病水稻江南香糯杂交构建F2遗传群体,稻瘟病菌株LP33苗期喷雾接种亲本预44、江南香糯及F2代单株,对其抗性进行评价和主效抗瘟基因定位。研究结果显示:子预44表现高抗,江南香糯高感;F2群体稻瘟病抗感分离符合3:1的分离比,即子预44对LP33的抗性为单显性基因控制的抗性遗传,并将该基因暂定名为Pi-zy3(t)。进一步利用SSR分子标记将Pi-zy3(t)定位在水稻第六号染色体RM276到RM3827之间,为进一步的基因克隆和抗病机分子制研究奠定了基础,同时也为利用子预44进行抗病分子育种提供了辅助选择的分子标记。     

水稻自身免疫研究新突破

<正>利用水稻自身免疫系统来培育抗病新品种,将有助于化解人们对转基因食品的"焦虑"。近日《植物细胞》和《植物与微生物相互作用》两本刊物发表水稻与稻瘟病菌分子互作的国际合作研究进展,将为深入研究水稻免疫和新品种选育奠定基础。据了解,水稻每年因稻瘟病造成产量损失高达10%～30%。有专家认为,加强国际合作,系统阐明水稻与稻瘟菌的互作机制,筛选出免疫能力强的水稻种质资源,采用非转     

外源Si对水稻生长状况及稻瘟病抗性的影响

外源Si对提高水稻对病害的抗性有显著影响,但水稻应激防御系统对外源Si的响应机制尚缺乏深入研究。为探究不同浓度外源Si对稻瘟病胁迫下水稻的生长状况、产量及抗性的影响,在人工接种稻瘟病菌的条件下进行水稻盆栽试验。测算了水稻株高、穗数、穗长、地上部生物量和千粒重等生长数据,同时测量了水稻稻穗中MDA的含量和防御相关酶(PPO、CAT、SOD、POD)的活性。结果表明,施Si处理使水稻的稻瘟病病情指数下降了44.47%;显著提高了稻穗中PPO、CAT和SOD的活性,降低了POD的活性和MDA含量,缓解了稻瘟病引起的氧化胁迫;显著增加水稻株高,使其茎叶更加挺直,降低病菌的感染和传播;最终提高地上部干物质量积累,相比染病组的产量提高61.2%。因此,Si能够通过参与植物生理代谢过程,有效增强水稻抵御稻瘟病的抗性,提高植株活力,有效减少植株损伤。     

植物先天免疫机制研究取得新进展

<正>植物为了抵御病原菌的入侵,在长期的进化中,形成了十分复杂的免疫系统,包括基础抗性和抗病基因介导的抗性两个层次。基础抗性属于第一层次的植物天然免疫,通常由植物表面的受体(PRRs)对病原相关分子模式(PAMPs)进行识别后引发,具有相对广谱、稳定和持久的特点。病原相关分子模式是许多病原菌普遍具有的,在进化上比较保守,如细菌鞭毛     

稻瘟病抗性基因特异性分子标记的开发及应用进展

由稻瘟病菌引起的水稻稻瘟病是影响水稻生产的重要病害之一,培育和合理利用抗性品种是控制稻瘟病最经济有效、环保的措施。虽然DNA分子标记分子已经被广泛用于基于分子标记辅助选择技术(MAS)的水稻抗性育种工作中,但是分子标记辅助选择育种的效率取决于分子标记与目标基因的连锁距离。目前,已经克隆的稻瘟病抗性基因多达26个,其全基因组序列已经公开发表,这将有利于基因特异性分子标记的开发。基因特异性分子标记与基因共分离,在分子育种过程中实现了对目标基因的直接选择,有可能成为未来分子育种技术中鉴定目标基因的主流工具。本研究综述了稻瘟病抗性基因特异性分子标记的开发及应用情况,并对已经开发成功的基因特异性分子标记相关信息进行整合,旨在为育种家在分子标记的选择上提供指导信息。