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Gene-for-Gene-TheoryGene-for-Gene-Theory解解读读目目 录录•1 1 植物基因对基因假说植物基因对基因假说•2 2 抗病基因的作用机理抗病基因的作用机理•3 3 不同不同AvrAvr与与R R蛋白互作的定位蛋白互作的定位•4 4 病原物无毒基因及无毒蛋白病原物无毒基因及无毒蛋白•5 5 植物抗病基因植物抗病基因•6 R6 R基因编码基因编码R R蛋白的结构特点蛋白的结构特点•7 7 植物抗病基因的克隆植物抗病基因的克隆•8 8 植物抗病基因的应用植物抗病基因的应用Harold H. Flor 植物与病原微生物的侵袭植物与病原微生物的侵袭, ,两两者在自然生态系统中长期并存者在自然生态系统中长期并存, ,相相互影响乃至协同进化互影响乃至协同进化, ,使得植物的使得植物的抗病性与病原物的致病性之间形成抗病性与病原物的致病性之间形成一种动态平衡一种动态平衡 1971 1971年年,Flor ,Flor 根据亚麻对锈菌根据亚麻对锈菌小种特异抗性的研究提出了基因对小种特异抗性的研究提出了基因对基因假说基因假说(Gene-for-gene theory)(Gene-for-gene theory)。

1 1 植物基因对基因假说植物基因对基因假说 该学说认为该学说认为, ,植物对某种病原物植物对某种病原物的特异抗性取决于它是否具有相应的特异抗性取决于它是否具有相应抗性基因抗性基因, ,而同时病原物的专一致病而同时病原物的专一致病性取决于病原物是否具有性取决于病原物是否具有无毒无毒基因基因, ,也就是说寄主分别含有感病基因也就是说寄主分别含有感病基因(r)(r)和抗病基因和抗病基因(R),(R),病原物分别含有病原物分别含有毒性基因毒性基因(Vir)(Vir)和无毒基因和无毒基因(Avr),(Avr),只只有当具有相应抗病基因的植物有当具有相应抗病基因的植物(R)(R)与与具有无毒基因（具有无毒基因（Avr)Avr)的病原物相遇的病原物相遇时时, ,才会激发植物的抗病反应才会激发植物的抗病反应, ,其他其他情况下二者表现亲和情况下二者表现亲和, ,即寄主感病即寄主感病Receptor coded by R alleleSignal molecule (ligand)from Avr gene productAvr allelePlant cell is resistantAvirulent pathogenRNo Avr allele;virulent pathogenPlant cell becomes diseasedAvr alleleNo R allele;plant cell becomes diseasedVirulent pathogenVirulent pathogenNo R allele;plant cell becomes diseasedR(Plant Responses to Internal and External Signals Chapter 39) 植物与病原菌的分子交流决定了它们互作的最终结果。

病原植物与病原菌的分子交流决定了它们互作的最终结果病原菌效应蛋白被送入寄主植物细胞后，能否被侵染的植物组织识别，菌效应蛋白被送入寄主植物细胞后，能否被侵染的植物组织识别，决定了植物是感病还是抗病由专化决定了植物是感病还是抗病由专化 R R 基因介导的抗性符合基因介导的抗性符合““基因对基因基因对基因””的互作模式然而，从已克隆的的互作模式然而，从已克隆的 R R 基因及其产物基因及其产物结构和功能看，有些结构和功能看，有些 R R 基因的抗病机制并不符合基因的抗病机制并不符合““基因对基因基因对基因””模式，如玉米模式，如玉米Hm1Hm1 基因和大麦基因和大麦mlomlo 基因，其抗性机制与病原菌基因，其抗性机制与病原菌的亲和因子有关，而不需要病原菌无毒因子的激活的亲和因子有关，而不需要病原菌无毒因子的激活2 R2 R与与AvrAvr基因互作的模式基因互作的模式 受体受体- -配体模型是从基因对基因假配体模型是从基因对基因假说发展而来的该模型认为：病原体说发展而来的该模型认为：病原体的的 avravr 基因直接或间接地编码一种基因直接或间接地编码一种配体配体( (激发子激发子) )，它与抗病基因，它与抗病基因( (R R) )编编码的产物码的产物( (受体受体) )相互作用，从而触发相互作用，从而触发受侵染部位细胞内的信号传递过程，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，产生超敏激活其他防卫基因的表达，产生超敏反应反应(Hypersensitive Response, (Hypersensitive Response, HR)HR) , ,在病原体侵染部位出现枯死斑在病原体侵染部位出现枯死斑点症状，使植物获得抗性。

点症状，使植物获得抗性http://www.cals.ncsu.edu/course/pp315/gene/）2.12.1符合基因对基因关系的互作模式符合基因对基因关系的互作模式2.1.12.1.1 受体受体-配体模式配体模式 (Receptor ligand model)2.1.2 2.1.2 警戒模式警戒模式 (Guard model ) 模式认为植物寄主中存在着病原模式认为植物寄主中存在着病原菌菌效应蛋白效应蛋白(Avr-effector)(Avr-effector)致毒性靶致毒性靶标（标（Virulence targetVirulence target），效应蛋白），效应蛋白与之互作来调节植物活性，以利于病与之互作来调节植物活性，以利于病原菌生长和繁殖；原菌生长和繁殖；NB-LRR NB-LRR 类类 R R 蛋白蛋白起警戒作用，一旦监测到靶蛋白被起警戒作用，一旦监测到靶蛋白被Avr Avr 改变，即可激活改变，即可激活 R R 蛋白与靶蛋白互作，蛋白与靶蛋白互作，以避免病原菌效应蛋白对靶蛋白的操以避免病原菌效应蛋白对靶蛋白的操纵，或引发一系列信号传导，启动植纵，或引发一系列信号传导，启动植物的防御反应。

物的防御反应2.1.3 2.1.3 已提出的其他相关模式已提出的其他相关模式（（a））受体受体- -配体模式配体模式（（b））共受体模式：无毒蛋白（共受体模式：无毒蛋白（A A）先）先与与 共受体（共受体（C C）上的高亲和位点结合，）上的高亲和位点结合，R R蛋白再与蛋白再与 C C之间发生相互作用启动防之间发生相互作用启动防御反应c））警戒模式警戒模式（（d））蛋白水解酶依赖型防御启动：介蛋白水解酶依赖型防御启动：介于一些细菌、真菌和病毒的特点，于一些细菌、真菌和病毒的特点，预测预测这些基因可能会编码蛋白质水解酶这些基因可能会编码蛋白质水解酶该论点认为论点认为 AvrAvr蛋白会对寄主中的某些蛋蛋白会对寄主中的某些蛋白的水解作用的处理后寄主内的白的水解作用的处理后寄主内的R R蛋白蛋白识别并与部分水解状态的蛋白结合，引识别并与部分水解状态的蛋白结合，引起信号传导，引发植物的防御反应起信号传导，引发植物的防御反应2.2 2.2 非非R R／／AvrAvr基因互作的植物抗病模式基因互作的植物抗病模式 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，其编码产物是一种种““亲和性因子亲和性因子””。

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这类基因有大麦抗白粉菌植物对某一种甚至多种病原菌的广谱抗性这类基因有大麦抗白粉菌（（Erysiphe graminis f sp, HordeiErysiphe graminis f sp, Hordei）基因）基因mlomlo，豌豆抗白粉菌，豌豆抗白粉菌（（E.pisiE.pisi）基因）基因er-1er-1，番茄抗白粉病（，番茄抗白粉病（Oidium lycopersiciOidium lycopersici）） 基因基因ol-2 ol-2 和拟南芥抗白粉病基因和拟南芥抗白粉病基因 PMR PMR 等 大麦抗白粉病基因大麦抗白粉病基因MloMlo, , 是植物负向调控的广谱抗病基因是植物负向调控的广谱抗病基因MLO MLO 是一是一种膜锚定蛋白，由种膜锚定蛋白，由 533 533 个氨基酸组成，含有个氨基酸组成，含有7 7个个TMTM，其，其N N 端位于细胞外侧，端位于细胞外侧，C C 端位于细胞内侧，含有一个核结合位点和两个酪氨酸激酶端位于细胞内侧，含有一个核结合位点和两个酪氨酸激酶IIII编码区。

编码区MLOMLO 是类似于动物的是类似于动物的G G 蛋白偶联受体（蛋白偶联受体（GPRsGPRs），是一类新型的钙调素），是一类新型的钙调素（（CaMCaM）结合蛋白，）结合蛋白，CaM CaM 是是 MLO MLO 蛋白的活化因子，蛋白的活化因子，MLO-CaM MLO-CaM 结合互作，可结合互作，可使细胞质使细胞质CaCa2+ 2+ 浓度瞬时急速增加，这一方面可能会激发寄主防御反应，但浓度瞬时急速增加，这一方面可能会激发寄主防御反应，但同时促进了亲和性互作同时促进了亲和性互作MLOMLO 蛋白可能是病原菌侵入植物的对接的分子蛋白可能是病原菌侵入植物的对接的分子 ，是大麦，是大麦/ /大麦白粉菌（大麦白粉菌（BghBgh）发生亲和性互作所必需的因子发生亲和性互作所必需的因子3 3 不同不同AvrAvr与与R R蛋白互作的定位蛋白互作的定位 不同寄主与病原物不同寄主与病原物Avr和和R蛋白的互作定位对一些细菌蛋白的互作定位对一些细菌Avr和和R蛋白的蛋白的匹配性分析，揭示了普遍的空间相互依赖性如上图，植物的匹配性分析，揭示了普遍的空间相互依赖性如上图，植物的R蛋白用深绿蛋白用深绿色标出，其他与植物抗性相关蛋白用浅绿色标出。

细菌、真菌和预测的线虫色标出，其他与植物抗性相关蛋白用浅绿色标出细菌、真菌和预测的线虫Avr蛋白分别用红色、紫色和粉红色标出微生物侵染结构用蓝色标出蛋白分别用红色、紫色和粉红色标出微生物侵染结构用蓝色标出 三型分泌系统三型分泌系统 ( Type III secretion system ) ，是首先在革兰氏阴性菌中是首先在革兰氏阴性菌中发现的一种针状结构蛋白质附属物，病原菌通过这一结构是将自身蛋白发现的一种针状结构蛋白质附属物，病原菌通过这一结构是将自身蛋白直接分泌到寄主细胞内，帮助细菌侵染真核生物有机体直接分泌到寄主细胞内，帮助细菌侵染真核生物有机体3.13.1 三型分泌系统三型分泌系统（（TTSS / T3SS )A transmission electron-microscope image of isolated T3SS needle complexes from Salmonella typhimurium Staskawiez Staskawiez 等于等于19841984年通过把含有无毒基因年通过把含有无毒基因 avrA avrA 的大豆丁香的大豆丁香假单胞杆菌小种的假单胞杆菌小种的 Cosimd Cosimd 克隆结合转移到不含克隆结合转移到不含avrA avrA 的小种中，继的小种中，继之以遗传互补实验克隆了之以遗传互补实验克隆了avrAavrA 基因，这是克隆的第一个无毒基因。

基因，这是克隆的第一个无毒基因随后，许多研究者通过类似的方法从不同的病原物中克隆了几十个随后，许多研究者通过类似的方法从不同的病原物中克隆了几十个无毒基因，这不仅有力地支持了基因对基因抗病性学说，而且也促无毒基因，这不仅有力地支持了基因对基因抗病性学说，而且也促进了对其本身的认识进了对其本身的认识4.1 4.1 病原物无毒基因病原物无毒基因 4 4 病原物无毒基因及无毒蛋白病原物无毒基因及无毒蛋白 虽然已有诸多的无毒基因被克隆和测序，但对其确切产物及功能有较虽然已有诸多的无毒基因被克隆和测序，但对其确切产物及功能有较详细了解的却仅限于详细了解的却仅限于 AvrDAvrD、、Avr9Avr9、、AvrBs3AvrBs3、、AvrPto AvrPto 和烟草花叶病毒外壳和烟草花叶病毒外壳蛋白等少数几种蛋白质表蛋白等少数几种蛋白质表 1 1 总结了蛋白质的某些特性总结了蛋白质的某些特性4.2 4.2 病原物无毒蛋白病原物无毒蛋白 植物抗病基因产物可能有两个功能：识别相应的植物抗病基因产物可能有两个功能：识别相应的 AvrAvr衍生信号；激活衍生信号；激活下游信号传导，引发复杂的防御反应。

目前已至少分离出下游信号传导，引发复杂的防御反应目前已至少分离出5050多个抗病基因多个抗病基因通过对克隆的通过对克隆的 R R基因分析比较，发现多数基因分析比较，发现多数 R R基因具有较高序列一致性，来基因具有较高序列一致性，来源不同的源不同的 R R基因往往存在一些共同的结构基序（基因往往存在一些共同的结构基序（motifsmotifs），如富亮氨酸重），如富亮氨酸重复序列（复序列（leucine rich repeat, LRRleucine rich repeat, LRR），核苷酸结合位点（），核苷酸结合位点（nucleotide nucleotide binding site, NBbinding site, NB），亮氨酸拉链（），亮氨酸拉链（leucine zipper, LZleucine zipper, LZ），跨膜结构域），跨膜结构域（（transmembrane domaintransmembrane domain），丝氨酸），丝氨酸/ /苏氨酸激酶（苏氨酸激酶（Ser/Thr kinase, Ser/Thr kinase, STKSTK），以及果蝇），以及果蝇 TollToll 蛋白细胞介素蛋白细胞介素-1 -1 受体（受体（Toll Toll and interleukin-1 and interleukin-1 receptor. TIRreceptor. TIR）等。

依据基因结构特点和可能的功能，将克隆的）等依据基因结构特点和可能的功能，将克隆的R R基因划基因划分分 9 9个类型（如下表所示）个类型（如下表所示）5 5 植物抗病基因植物抗病基因 截至截至20042004年底，已经有近年底，已经有近5050个抗病基因被克隆尽管这个抗病基因被克隆尽管这些抗病基因所抗的病原物种类些抗病基因所抗的病原物种类不同，有真菌、细菌、病毒等，不同，有真菌、细菌、病毒等，但这些抗病基因所编码的产物但这些抗病基因所编码的产物中却存在着惊人的类似结构域，中却存在着惊人的类似结构域，即不同抗病基即不同抗病基因具有一定的同因具有一定的同源性根据抗病基因保守结构源性根据抗病基因保守结构域的不同，抗病基因编码的蛋域的不同，抗病基因编码的蛋白白( (抗病蛋白，抗病蛋白，R R 蛋白蛋白) )可分为可分为5 5大类6 R6 R基因编码基因编码R R蛋白的结构特点蛋白的结构特点6.1 6.1 核苷酸结合位点核苷酸结合位点( ( Nucleotide binding site, NBS ) ) 高度保守的抗病基因产物中的高度保守的抗病基因产物中的NBSNBS结构域表明核苷结构域表明核苷i i磷酸是磷酸是这些蛋白发挥功能所必需的。

抗病蛋白的这些蛋白发挥功能所必需的抗病蛋白的NBSNBS区有区有3 3个特征保守个特征保守区，第区，第1 1区域为磷酸结合环区域为磷酸结合环(P-loop)(P-loop)，又称激酶，又称激酶 la(Kinasela)la(Kinasela)，其共有序列为，其共有序列为 GM(GPP)GNGKTT(aPT)GM(GPP)GNGKTT(aPT)；第；第2 2区域为激酶区域为激酶2 2，共有，共有序列为序列为 X(XPR)XaaaaDDV(WPD)X(XPR)XaaaaDDV(WPD)；第；第3 3区域为激酶区域为激酶3a3a，其保守区为，其保守区为SraaaT(TPS)RSraaaT(TPS)RNBS NBS 结构域在植物抗病中的作用机制还不十分结构域在植物抗病中的作用机制还不十分清楚，未来的研究将集中在核苷三磷酸的合成与水解过程以及清楚，未来的研究将集中在核苷三磷酸的合成与水解过程以及这些过程对植物抗病蛋白活性的作用等方面核苷三磷酸的结这些过程对植物抗病蛋白活性的作用等方面核苷三磷酸的结合可能改变抗病蛋白与其防御信号之问的相互作用合可能改变抗病蛋白与其防御信号之问的相互作用6.2 6.2 富含亮氨酸区域富含亮氨酸区域 ( Leucine rich repeats，，LRR ) LRR LRR 存在于多种不同的蛋白中，与蛋白质之问的相互作用及信号存在于多种不同的蛋白中，与蛋白质之问的相互作用及信号传导密切相关。

在功能方面，传导密切相关在功能方面，LRR LRR 决定着与配体结合的专一性，即决决定着与配体结合的专一性，即决定着寄主与病原的特异性识别定着寄主与病原的特异性识别1996 1996 年，年，Dixon Dixon 等提出了等提出了LRR LRR 促进抗促进抗病蛋白与其他参与抗病信号传导的蛋白之间的结合等模抗病蛋白所病蛋白与其他参与抗病信号传导的蛋白之间的结合等模抗病蛋白所含的含的LRRLRR结构可大至分为结构可大至分为2 2类：类：①①定位于胞外的定位于胞外的 LRRLRR；；②②定位于胞质的定位于胞质的 LRRLRR胞外LRRLRR的共有序列为的共有序列为““LXLXXLXXLXLXXNXLXGXIPXX”LXLXXLXXLXLXXNXLXGXIPXX”，而胞质，而胞质LRRLRR的共有序列为的共有序列为““aXXXXXLXXLXLXX(XPC)XXXXXaXXX”aXXXXXLXXLXLXX(XPC)XXXXXaXXX”，可以看出所有，可以看出所有LRRLRR都具有都具有““XLXXLXLXX”XLXXLXLXX”结构6.3 6.3 丝氨酸丝氨酸P P苏氨酸蛋白质激酶苏氨酸蛋白质激酶 ( SPT protein kinase ) SPT SPT 蛋白质激酶是植物的受体类蛋白激酶蛋白质激酶是植物的受体类蛋白激酶(Receptor-like(Receptor-like．．kinasekinase。

RLX ) RLX ) 的主要形式，其功能主要有以下几点：的主要形式，其功能主要有以下几点：① ① 是与一些信号分子如是与一些信号分子如激酶、生长因子、性因子等相互作用的传导信号；激酶、生长因子、性因子等相互作用的传导信号；② ② 参与防御反应如参与防御反应如B B 细胞中的抗体和细胞中的抗体和T T 细胞中的受体通过识别外来分子启动下游激酶产生细胞中的受体通过识别外来分子启动下游激酶产生一系列级联反应，最终产生免疫作用；一系列级联反应，最终产生免疫作用；③ ③ 在细胞分裂过程中控制分裂时在细胞分裂过程中控制分裂时期；期；④ ④ 对一些自然逆境如缺乏关键元素产生反应对一些自然逆境如缺乏关键元素产生反应SPTSPT蛋白激酶的蛋白激酶的2 2个特个特征保守区分别为征保守区分别为 DaKXXN DaKXXN 和和 GTaGYXAPCNPEGTaGYXAPCNPE［6］ 6.4 6.4 亮氨酸拉链亮氨酸拉链( (Leucine zipper，，LZ ) ) L LZ Z 存在于一些寡聚蛋白中，许多存在于一些寡聚蛋白中，许多DNADNA结合蛋白就含有结合蛋白就含有LZLZLZLZ在真核生在真核生物转录因子的同源及异源二聚体形成中起着重要作用，相似的卷曲螺旋结物转录因子的同源及异源二聚体形成中起着重要作用，相似的卷曲螺旋结构域构域(Coiled-coil domains)(Coiled-coil domains)促进了蛋白之间的相互作用，并导致许多其他促进了蛋白之间的相互作用，并导致许多其他功能的产生，但它们在抗病蛋白功能发挥中所起的作用目前还知之甚少。

功能的产生，但它们在抗病蛋白功能发挥中所起的作用目前还知之甚少6.5 6.5 白细胞介素白细胞介素-1-1受体相似的区域受体相似的区域( TIR ) 果蝇的果蝇的Toll Toll 蛋白及哺乳动物的白介素蛋白及哺乳动物的白介素-1-1受体，在各自的免疫系统受体，在各自的免疫系统信号传导中起重要作用通过对病原物的结合，将信号传导给传导因信号传导中起重要作用通过对病原物的结合，将信号传导给传导因子如果蝇的子如果蝇的Dif Dif 因子和哺乳动物的因子和哺乳动物的NF-KB NF-KB 因子这些传导因子获得因子这些传导因子获得由细胞质向细胞核内运输的能力，并与各免疫反应基因的启动子相结由细胞质向细胞核内运输的能力，并与各免疫反应基因的启动子相结合，引起免疫反应基因的表达，从而对病原物产生抗性越来越多的合，引起免疫反应基因的表达，从而对病原物产生抗性越来越多的证据表明，植物中可能也存在与哺乳动物和昆虫自然免疫系统相似的证据表明，植物中可能也存在与哺乳动物和昆虫自然免疫系统相似的抗病途径抗病途径 世界上第一个被克隆的抗病基因是世界上第一个被克隆的抗病基因是玉米抗圆斑病菌基因玉米抗圆斑病菌基因( (Hml)Hml)。

Hml Hml 位于玉米第位于玉米第l l染色体的长臂上，编码染色体的长臂上，编码1 1个依赖个依赖 NADPH NADPH 的的 HC2 HC2 毒毒素还原酶素还原酶(HCTR)(HCTR)，能使病原菌产生的致病因子，能使病原菌产生的致病因子HC-HC-毒素丧失活性毒素丧失活性植物抗病基因的克隆方法有以下几种植物抗病基因的克隆方法有以下几种 7 7 植物抗病基因的克隆植物抗病基因的克隆7.1 7.1 转座子标签法转座子标签法 (Transposon tagging ) 其基本其基本原理是利用转座子或原理是利用转座子或 t-DNA t-DNA 插入到抗病基因的内部或插入到抗病基因的内部或邻近位点，获得抗病功能丧失的突变体，然后利用插入的片段邻近位点，获得抗病功能丧失的突变体，然后利用插入的片段( (转转座子或座子或t-DNA)t-DNA)作探针，通过作探针，通过 Southern Southern 杂交或杂交或 PCR PCR 技术从基因组技术从基因组文库中分离克隆抗病基因文库中分离克隆抗病基因转座子标签法运用的前提条件是被操转座子标签法运用的前提条件是被操作的植物有现成的遗传转化操作系统或有成熟的根癌农杆菌转化作的植物有现成的遗传转化操作系统或有成熟的根癌农杆菌转化系统以及有效的大规模突变体筛选的方法和手段。

系统以及有效的大规模突变体筛选的方法和手段7.2 7.2 图位克隆法图位克隆法 (Map-based cloning ) 在目标基因精确定位到染色体的特定位置以后，运用与目标基因紧密连在目标基因精确定位到染色体的特定位置以后，运用与目标基因紧密连锁的分子标记筛选含有目标基因的大片段基因组文库锁的分子标记筛选含有目标基因的大片段基因组文库 BAC (BAC (细菌人工染色体细菌人工染色体载体载体) )或或 YAC(YAC(酵母人工染色体酵母人工染色体))))，再通过染色体步移筛选到含有目标基因的，再通过染色体步移筛选到含有目标基因的亚克隆，最后通过遗传转化和功能互补试验进行验证利用该法克隆的抗病亚克隆，最后通过遗传转化和功能互补试验进行验证利用该法克隆的抗病基因主要有番茄基因主要有番茄 PtoPto 基因、拟南芥基因、拟南芥 RPS2 RPS2 基因、基因、RPMI RPMI 基因和基因和NPRI NPRI 基因以基因以及水稻及水稻 Xa21 Xa21 基因和基因和 Pi-b Pi-b 基因等图位克隆法以高密度的分子标记图谱为基因等图位克隆法以高密度的分子标记图谱为基础，其关键是寻找与目标基因紧密连锁的分子标记，核心任务是染色体步基础，其关键是寻找与目标基因紧密连锁的分子标记，核心任务是染色体步行。

但是对于基因组较大、重复序列较多的一些植物，采用该方法分离克隆行但是对于基因组较大、重复序列较多的一些植物，采用该方法分离克隆抗病基因不仅投资大而且效率低，因此，该方法也受到一定的限制抗病基因不仅投资大而且效率低，因此，该方法也受到一定的限制7.3 7.3 根据抗病基因同源序列根据抗病基因同源序列( (RGA) )克隆、定位抗病基因克隆、定位抗病基因 前面已经提到抗病基因所编码的蛋前面已经提到抗病基因所编码的蛋白白(R(R蛋白蛋白) )间存在着类似结构域，而编码间存在着类似结构域，而编码这些类似结构的抗病基因序列也一定有这些类似结构的抗病基因序列也一定有着同源性抗病基因同源序列标记就是着同源性抗病基因同源序列标记就是从这些同源序列出发来定位、克隆抗病从这些同源序列出发来定位、克隆抗病基因的一种新的方法具体方法是根据基因的一种新的方法具体方法是根据抗病基因中编码蛋白质功能保守区序列抗病基因中编码蛋白质功能保守区序列设计特异或简并引物，扩增基因组设计特异或简并引物，扩增基因组DNA DNA 从而获得从而获得RGARGA这些RGA RGA 可以作为一种基可以作为一种基于特异或简并引物多聚酶链式反应的于特异或简并引物多聚酶链式反应的DNA DNA 标记标记m1m1。

自自V.Kanazin V.Kanazin 和和Yu G.Yong Yu G.Yong 于于19961996年在年在 Sci Sci 连续连续2 2篇关于用抗病蛋白的保篇关于用抗病蛋白的保守序列为引物来扩增守序列为引物来扩增RGA RGA 的文章发表以的文章发表以来，现已在大豆、豌豆、蚕豆、水稻和来，现已在大豆、豌豆、蚕豆、水稻和大麦、油菜、甜瓜、紫花苜蓿、小麦、大麦、油菜、甜瓜、紫花苜蓿、小麦、番茄、辣椒、莴苣和葡萄等多种植物上番茄、辣椒、莴苣和葡萄等多种植物上扩增出扩增出RGARGA 8.1 8.1 植物信号转导研究植物信号转导研究 植物植物 R R因的克隆及其保守功能区的确定，以及由此而来对因的克隆及其保守功能区的确定，以及由此而来对 R R 基因介导的抗病防卫反应途径的研究，为植物信号转导的阐基因介导的抗病防卫反应途径的研究，为植物信号转导的阐明建立了一条很有希望的道路明建立了一条很有希望的道路R R 基因主要是起识别作用，其基因主要是起识别作用，其产物直接或间接地与来自病原无毒基因的产物进行识别互作，产物直接或间接地与来自病原无毒基因的产物进行识别互作，然后通过信号转导启动植物防卫反应途径，表达出功能性产物然后通过信号转导启动植物防卫反应途径，表达出功能性产物造成抗病反应。

通过对多个无毒基因、抗病基因的克隆及其相造成抗病反应通过对多个无毒基因、抗病基因的克隆及其相互作用的研究，为此过程的正确性提供了证据互作用的研究，为此过程的正确性提供了证据8 8 植物抗病基因的应用植物抗病基因的应用8.2 8.2 通过转化已克隆的通过转化已克隆的R基因获得新的抗病品种基因获得新的抗病品种 用克隆的用克隆的 R R基因去转化敏感植株能很快地产生新的抗性基因去转化敏感植株能很快地产生新的抗性系利用转基因技术可允许系利用转基因技术可允许 R R基因在种问转移，这对于还没基因在种问转移，这对于还没有鉴定出有效抗病基因的作物很有意义现已在烟草中成功有鉴定出有效抗病基因的作物很有意义现已在烟草中成功地转入地转入 ProPro基因但 R R基因发挥作用还要与防卫机制的其他基因发挥作用还要与防卫机制的其他成分相配合，因此这种种问转移并不能总获得理想结果成分相配合，因此这种种问转移并不能总获得理想结果 8.3 8.3 创造新的具广谱抗病性创造新的具广谱抗病性R R基因基因 通过对已克隆通过对已克隆R R 基因的结构分析发现，基因的结构分析发现，R R 基因的功能与结构基因的功能与结构是相一致的，且不同的是相一致的，且不同的R R 基因间存在很好的保守性。

因此，在实基因间存在很好的保守性因此，在实验室中创造出新一的可增强抗病性的验室中创造出新一的可增强抗病性的R R基因也成为可能，用马铃基因也成为可能，用马铃薯薯X X病毒表达系统将组装的病毒表达系统将组装的 PtoPto导入细胞后发现该导入细胞后发现该 PtoPto同类物可同类物可控制细胞对控制细胞对FenFen的敏感性等的敏感性等［7］  从从 植物抗病性是相对保守的植物抗病性是相对保守的 R R蛋白与易变的蛋白与易变的 AvrAvr蛋白相互识别、相互蛋白相互识别、相互作用的结果在野生的植物居群中，抗病基因座一般是复合的，通常存在作用的结果在野生的植物居群中，抗病基因座一般是复合的，通常存在着抗病基因簇，而且通过基因座内发生重复和重组、转座及病原菌识别区着抗病基因簇，而且通过基因座内发生重复和重组、转座及病原菌识别区适应性选择等途径使基因家族成员的抗性得以演变和进化在这种包含多适应性选择等途径使基因家族成员的抗性得以演变和进化在这种包含多种种R R 基因的混合群体中，既使病原菌基因的混合群体中，既使病原菌 AvrAvr突变产生新毒性小种，其适应性突变产生新毒性小种，其适应性很难快速提高。

由于人为因素，农作物栽培品种的植物抗病基因过于简化很难快速提高由于人为因素，农作物栽培品种的植物抗病基因过于简化虽然向农作物引入虽然向农作物引入 R R基因可赋予其对当前流行的病害产生抗性，可一旦基因可赋予其对当前流行的病害产生抗性，可一旦 AvrAvr基因突变，这种基因突变，这种 R R基因介导的抗性很快就会丧失，而具有这种基因介导的抗性很快就会丧失，而具有这种 R R基因的基因的品种就成为毒性小种的哺育品种因此，在植物育种上，要全面开发新抗品种就成为毒性小种的哺育品种因此，在植物育种上，要全面开发新抗源，在同一品种中应尽可能多地聚积不同类型源，在同一品种中应尽可能多地聚积不同类型 R R基因；而在农作物生产上，基因；而在农作物生产上，一定要保证多样性抗源，且具有不同一定要保证多样性抗源，且具有不同 R R基因的品种要合理布局，以基因的品种要合理布局，以 R R基因基因的遗传多样性来抑制新毒性小种的产生和蔓延的遗传多样性来抑制新毒性小种的产生和蔓延8.4 8.4 从互作的角度看待从互作的角度看待R R基因的应用基因的应用 越来越多的实验证据表明，植物抗病原细菌和真菌的越来越多的实验证据表明，植物抗病原细菌和真菌的 R R基因，绝大多数基因，绝大多数 R R 蛋白只是蛋白只是““抗病复合体抗病复合体””的一部分，其主要功能是监控寄主的少数关键蛋白的一部分，其主要功能是监控寄主的少数关键蛋白（如病原菌效应蛋白致毒性靶蛋白）结构及其活性的改变，启动植物防御反应。

如病原菌效应蛋白致毒性靶蛋白）结构及其活性的改变，启动植物防御反应如果确实如此，那么如果确实如此，那么 R R基因介导的抗性存在上位性作用由此我们必需思考这基因介导的抗性存在上位性作用由此我们必需思考这样一个问题，利用转基因技术向农作物引入样一个问题，利用转基因技术向农作物引入 R R基因（或防卫基因）能否切实赋基因（或防卫基因）能否切实赋予其抗病性？引入予其抗病性？引入 R R基因在受体中其功能的发挥，不仅决定于病原菌有无与之基因在受体中其功能的发挥，不仅决定于病原菌有无与之匹配的匹配的 Avr Avr 因子，还决定于因子，还决定于 R R蛋白能否监测到受体中蛋白能否监测到受体中 Avr Avr 致毒靶蛋白的变化致毒靶蛋白的变化因此农作物病性转基因研究的策略需要相应调整，否则收效甚微与抗虫和抗因此农作物病性转基因研究的策略需要相应调整，否则收效甚微与抗虫和抗除草剂相比，目前植物抗病转基因研究进展缓慢的事实也印证了这一点除草剂相比，目前植物抗病转基因研究进展缓慢的事实也印证了这一点参考文献参考文献［1］王庆华王庆华, ,尹小燕尹小燕, ,张举仁张举仁. .植物的基因对基因抗病性学说植物的基因对基因抗病性学说[J].[J].生命的化生命的化 学，学，2003,23(1): 23 ～～25［2］Ulla Bonas, Thomas Lahaye: Plant disease resistance triggered by pathogen-derived molecules: refined models of specific recognition. Current Opinion in Microbiology 2002, 5:44–50［3］韩德俊韩德俊, ,曹莉曹莉, ,陈耀锋陈耀锋, ,李振岐李振岐. .植物抗病基因与病原菌无毒基因互作的植物抗病基因与病原菌无毒基因互作的分子基础分子基础[J]. [J]. 遗传学报，遗传学报，2005,32(12): 1319 ～～1326［4］刘若晗刘若晗. .植物抗病性分子机制研究进展植物抗病性分子机制研究进展: :内蒙古农业科技，内蒙古农业科技，2009:(6) :36 ～～ 37［5］Jonathan D. G. Jones . Jeffery L . Dangl: The plant immune system. Nature 2006,11:444(16):323 ～～ 329［6］袁亮袁亮, ,张伟彬张伟彬. .植物抗病基因作用机理及克隆研究进展植物抗病基因作用机理及克隆研究进展[J].[J].安徽农业科安徽农业科学，学，2009,37(4): 1513 ～～ 1515［7］刘志静刘志静, ,易图永易图永, ,冯洁冯洁. .植物抗病基因的研究进展植物抗病基因的研究进展[J].[J].安徽农业科学，安徽农业科学，2008,36(13): 5342 ～～ 5343,5417结束结束。