对植物抗病基因的研究
摘 要：抗病基因是遗传学基因对基因假说中所指的与病原菌无毒基因相对应的， 存在于植物特定品种中，在植物生长的整个周期或其中某个阶段为组成型表达的 植物抗病品种所特有的一类基因。而植物的抗病基因（R基因）是分子植物病理 学和植物基因工程研究的热点之一，所以本文将会对近年来人们对植物抗病基因 的克隆、应用前景等方面作一综述。 关键词：抗病基因、植物、克隆、应用前景
Abstract: Resistance genes is genetics in the context of the gene for gene hypothesis and pathogen avirulent genes corresponding,it exists in plant specific varieties, in the entire cycle or one of the stages of plant growth for the type of expreion peculiar to the plant disease-resistant varieties of genes. And plant disease resistance genes (R genes) is a molecular plant pathology and one of the hot topics in the study of plant gene engineering, so this article will do a conclusion on plant disease resistance gene cloning, application prospects.Key words: Resistance genes、plants、clone、prospects
植物病害是农业生产的主要限制因子之一,人类克服植物病害的主要途径之一是利用抗性资源,通过常规育种的方法培育抗病品种。但由于化学药剂造成的病原物抗性问题和环保问题，加上植物抗病性的复杂性以及人们对植物与病原物互作机制认识的匮乏,使其应用受到越来越多的限制。开发利用寄主本身的抗病性是解决病害问题的根本有效途径。可被育种学家选用的抵抗植物病害的基因种类有很多，其中最重要的一类是植物抗病基因（简称为R基因）。[李文凤 2001年] 在最近的几年里,人们克隆到了多个植物抗病基因,使得对寄主与病原相互作用分子机理的研究得到迅速的发展,为抗病基因在生产上的应用进行了有益的探索并展示了诱人的前景。[董继新 2001年]
1.植物抗病性的表现
植物在生长发育的过程中经常会受到一些病原菌的侵袭，而且植物对病原菌的抗病性的表现有几种不同的途径。一方面是植物本身的某些结构障碍和化学成分具有的抗病功能，前者如细胞壁的角质、蜡质、木质素及特殊的气孔结构等；后者如小分子抗病物质、影响病原菌细胞透性的蛋白质和核糖体失活蛋白等。另一方面则是植物在受到病原菌侵染时表现出的抗病反应。[罗林广 2003年] 寄主植物抗病性的典型症状是过敏性反应，它几乎被视为抗病的标志，但并不是所有的抗病反应均可以表现出过敏性反应。在寄主-病原物互作中,过敏性反应的产生依赖于植物体内抗性基因(R)产物与相应的病原物无毒基因(Avr)产物的互作,这一过程基本符合基因对基因假说。然而,R基因(如Pto,Prf)的过度表达在转基因植株上可使寄主即使在没有病原物的条件下也能诱发HR和SAR,获得相对的广谱抗性[Kellerh 1999年] [Tangx 1999年]
2.R基因的克隆与分类
2.1 R基因的克隆
克隆基因的途径可以分为两种----正向遗传学和反向遗传学途径。前者是依据目标基因所表现的功能为基础，后者则着眼于基因本身。而对于植物抗病基因来说，则主要采用图位克隆法和转座子标记技术。图位克隆法是利用分子标记技术将目标基因精确定位在染色体的特定位置之后，用目标基因两侧紧密连锁的标记筛选含有大的插入片段的基因组文库，再通过染色体步行法逐一克隆彼此重叠的序列而靠近目的基因。到目前为止，克隆的R基因绝大部分是利用该方法得到，比如水稻抗白叶枯病基因Xa
21、水稻抗瘟病基因Pib等。[Wang Z X 1999年] 转座子标记技术则是利用转座子的插入造成基因失活，以相应的插入序列为探针，从突变株的基因文库中筛选出带有此转座子的克隆，最后利用此克隆从野生型基因文库中获得完整的基因。同理，利用该方法克隆R基因的也很多，如玉米抗圆斑病基因HmI,番茄抗叶霉病基因Cf-9等等。
2.2 R基因的分类
到2001年，已经被克隆的植物抗病基因就有30多个，这些基因编码着对生活方式完全不同的病原体的抗性。但人们研究发现，尽管这些病原体及其致病分子差别巨大，不过根据以克隆R基因所编码的蛋白质结构以及其在细胞中的位置，可以将R基因分为以下几类：
1.毒素还原酶类抗病基因：如第一个被克隆的玉米抗病基因Hml,它负责对真菌Cochliobolus carbonum小种1的抗性。
2.NBS-LRR类抗病基因：这类基因的共同特点是，在它们编码蛋白的近氮端存在着NBS,而在它们的近碳端则由LRR组成。这是植物抗病基因中数量最多的一类，其“进化”程度很高，抗病性是它们目前被发现的唯一功能。[王友红 2005年] 3.PK类抗病基因：如番茄Pto、Fen、Lr10基因。
4.LRR-TM类抗病基因：番茄抗叶霉病不同生理小种的基因Cf-
2、Cf-
4、Cf-
5、Cf-9和Hcr9-4E,以及甜菜抗包囊线虫的基因，其产物都是锚定于细胞膜上的糖蛋白受体，它们的N-端存在一个胞外LRR，而在C-端具有由疏水氨基酸组成的跨膜区。
5.LRR-TM-PK类抗病基因：如水稻抗白叶枯病基因Xa21。[张祥喜 2003年]
3.抗病基因的作用机理
3.3.1基因对基因假说
该假说的主要内容是：具有无毒力基因（avr gene）的病原菌不能够在具有抗病基因的植物上造成病害。它们的相互作用导致不亲和反应；而携带毒力基因的病原菌只能在具有感病基因的植物上引用病毒，导致亲和反应。这一假说构成了现在克隆病原体无毒基因和植物抗病基因的理论基础。 3.3.2激发子／受体模型
激发子／受体模型模型是从基因对基因假说发展而来的。该模型认为：病原体的avr基因直接或间接地编码一种配体（即激发子），它与抗病基因编码的产物（受体）相互作用。从而触发受侵染部位细胞内的信号传递过程，激活其他防卫基因的表达，产生超敏反应。[袁 亮 2009年] 3.3.3防卫假说
防卫假说是由Vander Biezen和Jones提出的,主要内容是:在病原物侵染物并营造适合其生长的有利环境时,病原体把植物体内的一种蛋白----卫兵作为靶子并加以改变,这种改变是植物受到病原体侵害的信号。植物抗病基因蛋白能检测到这种信号----植物卫兵蛋白的改变,其途径可能是通过检测植物卫兵蛋白与病原体毒蛋白形成复合体来实现的。当植物抗病基因蛋白发现其卫兵受到攻击时,抗病性被触发。这个过程可能并不需要抗病基因蛋白和无毒基因蛋白间发生直接的作用。防卫假说中植物抗病基因蛋白不仅能识别无毒基因蛋白,而且能监视被致病蛋白作为攻击目标的重要植物蛋白 。[陈耀锋 2005年] 3.3.4非R/avr基因互作的植物抗病模式 这种抗病机理不依赖于R/avr基因的互作反应,寄主植物中存在促进亲和反应的基因,即感病基因,其编码产物是一种亲和性因子。通过对这类基因的修饰甚至诱发隐性突变,即可赋予植物对某一种甚至多种病原菌的广谱抗性,如大麦抗白粉菌基因mlo即属于此类。 [Johalgs 1992年]
4.结论与展望(应用前景)
近年来，人们已对许多植物抗病基因进行了研究，为我们全面地分析抗病基因及其作用机理提供了有利的条件。利用已克隆的植物抗病基因及病原菌的无毒基因进行遗传转化，是提高植物对病原菌抗性的一条有效途径。通过基因枪法或农杆菌介导法进行遗传操作，已获得了一批抗病转基因植株，有的还通过了安全性试验，开始了商业化生产，展现出美好的前景。[华志华 2001年]此外，多数R基因的抗性十分专化的，对R基因的了解是揭示植物抗病机制的重要前提，R基因的利用对改进抗病育种、减少作物因病害造成的减产或劣质，实现农业可持续发展具有深远的意义。
参考文献：
1.李文凤.牛永春等.植物抗病基因克隆与功能研究进展[J].生命科学.2001(13)
2.董继新等.植物抗病基因研究进展[J] .植物病理学报.2001(31)
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