马铃薯晚疫病抗病基因研究进展

抗性位点的簇集现象在植物中非常普遍， 这种 现象不仅在马铃薯Ⅴ号染色体的病原体抗性热点 区观测到， 而且在其他许多植物基因组中也有报 道 ， ［２５￣２７］ 然 而 ， 这 种 Ｒ 基 因 的 成 簇 排 列 在 功 能 和 进 化 上的重要性仍旧是不清楚的。许多 Ｒ 基因簇包含 属 于 相 同 ＮＢＳ－ＬＲＲ 编 码 基 因 家 族 的 前 后 排 列 的 两 个同源 Ｒ 基因， 这些 Ｒ 基因可以表达对多种病原 体 或 同 一 种 病 原 体 的 不 同 种 类 的 抗 性 ［７， ２８］。 人 们 猜 测这些 Ｒ 基因的簇集可能更利于同源基因的序列 交 换 ， 因 而 很 快 产 生 新 的 性 状［２５］。 ２．１．２ 晚 疫 病 抗 病 基 因 Ｒ２ Ｒ２ 利 用 四 倍 体 群 体 ＥＪ９６－４０６１ 定位在马铃薯Ⅳ号染色体上 ； ［１６］ １１ 个与 Ｒ２ 位 点 相 连 锁 的 ＡＦＬＰ 标 记 已 经 通 过 大 片 段 分 析
Ａｂｓ ｔｒａ ｃｔ： Ｌｉｇｈｔ ｂｌｉｇｈｔ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｄｉｓｅａｓｅ ｉｎ ｐｏｔａｔｏ ａｎｄ ｔｏｍａｔｏ ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ， ｃａｕｓｉｎｇ ｂｉｌｌｉｏｎ－ｄｏｌｌａｒ ｌｏｓｓｅｓ ｅｖｅｒｙ ｙｅａｒ． Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｇｅｎｅｔｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄ ｍｕｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｕｒｅ ｏｆ ｌａｔｅ ｂｌｉｇｈｔ ｉｎ ｐｏｔａｔｏ．Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｓ ｔｈａｔ ｃｏｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｒａｉｔｓ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｗｉｌｄ ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｏｔａｔｏ ｃｕｌｔｉｖａｒｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅｓｅ ｇｅｎｅｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ ｐｏｔｅｎｅｉａｌｌｙ ｄｕｒａｂｌｅ ｌａｔｅ ｂｌｉｇｈｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｗｉｌｄ ｓｏｌａｎｕｍ ｓｐｅｃｉｅｓ． Ｕｐ ｔｏ ｎｏｗ， ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｅｎ ｌａｔｅ ｂｌｉｇｈｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｇｅｎｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｍａｐｐｅｄ ｉｎ ｐｏｔａｔｏ ｇｅｎｏｍｅ， ａｎｄ ｆｏｕｒ ｏｆ ｔｈｅｍ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃｌｏｎｅｄ （ Ｒ １， Ｒ ３ａ， Ｒ ｐｉ－ｂｌｂ１／ Ｒ Ｂ ａｎｄ Ｒ ｐｉ－ｂｌｂ２） ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｌａｔｅ ｂｌｉｇｈｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｇｅｎｅｓ ｉｎ ｐｏｔａｔｏ．
２００２ 年 ， Ｂａｌｌｖｏｒａ 报 道 构 建 出 Ｒ１ 基 因 位 点 附 近的高分辨率图谱， 并通过定位克隆结合候选基因 方 法 克 隆 出 了 Ｒ１ 基 因 。Ｒ１ 抗 病 基 因 定 位 在 马 铃 Ｖ 号薯染色体上， 是多基因家族成员之一， 它编码 １ ２９３ 个 氨 基 酸 ， 蛋 白 分 子 量 为 １４９．４ｋＤ。 对 Ｒ１ 基 因 的分子结构分析表明它包含一个保守的核苷酸结 合 位 点 （ ＮＢＳ） 、一 个 亮 氨 酸 富 集 重 复 序 列 （ ＬＲＲ） 和 一 个 亮 氨 酸 拉 链 模 块 （ ＬＺｓ） ， ［５， ２２， ２３］ 是 典 型 的 ｎｏｎＴＩＲ－ ＮＢＳ－ＬＲＲ 型 抗 病 基 因 。
标 记 ＧＰ２１ 和 ＧＰ１７９ 之 间 的 短 臂 区 域 编 码 对 Ｐ． ｉｎｆｅｓｔａｎｓ 的 抗 性 ， 同 时 ， 这 个 区 域 也 包 含 多 个 与 马 铃 薯 晚 疫 病 抗 性 相 关 的 数 量 性 状 位 点 （ ＱＴＬ） ， ［１８￣２０］ 这 些相应抗病基因的簇集表明它们是通过基因复制 从同一祖先基因演化而来的， 在此过程中同时伴随 着 功 能 分 化［４， １９￣２１］。对 Ｒ１ 基 因 的 克 隆 和 分 析 促 进 了 马铃薯病原体抗性相关因子的分子水平研究。
２００８ 年第 ５ 期
基因工程技术的发展为马铃薯晚疫病的防治 工作提供了新的契机， 从晚疫病抗性野生品种中筛 选出具有高持久抗性的抗病基因， 并将其转化到目 前普遍种植的马铃薯品种中的策略， 无疑是目前开 发 持 久 性 晚 疫 病 抗 性 最 快 捷 的 手 段 。截 止 ２００６ 年 ， 已经有十几个晚疫病抗病基因被定位在马铃薯的 基 因 组 上 ， 其 中 ４ 个 被 分 离 出 来 ， 这 包 括 来 自 于 Ｓｏｌ ａｎｕｍ ｄｅｍｉｓｓｕｍ 的 Ｒ１ 和 Ｒ３ａ 基因［５，６］， 和来自于 Ｓｏｌａｎ ｕｍ ｂｕｌｂｏｃａｓｔａｎｕｍ 中 的 Ｒｐｉ－ｂｌｂ１／ＲＢ 基因［３， ７， ８］和 Ｒｐｉ－ ｂｌｂ２ 基因［９］。
２ 马铃薯晚疫病抗性基因 ２．１ 从 Ｓｏｌａｎｕｍ ｄｅｍｉｓｓｕｍ 中 克 隆 出 的 晚 疫 病 抗 性
基因 植物的抗病性主要包括 ２ 种类型： １） 水平抗 性 ， 又 称 田 间 抗 性 ， 通 常 认 为 是 多 基 因 控 制 的 ［１０］， 很 难 育 成 新 品 种 。２） 垂 直 抗 性 ， 即 通 过 超 敏 反 应 （ ＨＲ） 表达的对植物免疫或类免疫的抗性， 它通常被认为 是 单 基 因 控 制 的 。控 制 这 种 抗 性 的 基 因 被 定 义 抗 病 基因 （Ｒ 基因） ， 可参与病害识别和防御反应的启 动 。 马 铃 薯 的 野 生 近 缘 种 Ｓｏｌａｎｕｍ ｄｅｍｉｓｓｕｍ （ ２ｎ ＝ ６ｘ ＝ ７２） 是 栽 培 马 铃 薯 中 晚 疫 病 抗 性 基 因 的 最 大 来 源 。１００ 多 年 来 ， 已 经 有 １１ 个 晚 疫 病 抗 病 基 因 从 Ｓｏｌａｎｕｍ ｄｅｍｉｓｓｕｍ 中 鉴 定 出 来 并 转 育 到 栽 培 马铃薯 品 种 中［１１， １２］， 这 些 基 因 分 别 被 定 名 为 Ｒ１， Ｒ２， … Ｒ１１， 它们都是具小种专化抗性的主效抗病基因， 根据 “基 因 对 基 因 假 说 ”， Ｒ 基 因 表 达 的 抗 性 很 快 就 能 被 新的病原小种所克服， 因而这类 Ｒ 基因只能提供 对 晚 疫 病 短 暂 的 抗 性 ［１３］。 １１ 个 来 自 于 Ｓ． ｄｅｍｉｓｓｕｍ 中的晚疫病抗性基因都已经定位在马铃薯的遗传 图谱上： Ｒ１ 定位在Ⅴ号染色 体 上［１４］， Ｒ３， Ｒ６ 和 Ｒ７ 定 位 在Ⅺ号 染 色 体 上［１０， １５］， Ｒ２ 定 位 在Ⅳ号 染 色 体 上［１６］。 Ｒ５， Ｒ８， Ｒ９， Ｒ１０， Ｒ１１ 利 用 标 记 分 析 和 图 位 克 隆 分 析 表 明 可 能 是 Ｒ３ 复 合 位 点 的 一 个 等 位 基 因［６］。 ２．１．１ 晚 疫 病 抗 病 基 因 Ｒ１ Ｒ１ 基 因 是 目 前 研 究 得最清楚的一个晚疫病抗病基因之一， 定位在 Ｓｏｌａｎｕｍ ｄｅｍｉｓｓｕｍ 的Ⅴ号 染 色 体 上 ， 它 所 在 的 位 置 也是各种病原体抗病基因的集中区， 包括可以编码 对 各 种 病 原 体 （ 病 毒 、霉 菌 、线 虫 和 昆 虫 ） 的 抗 性 蛋 白， 马铃薯 Ｘ 病毒的单基因抗性基因就定位在这 一 区 域 ［１７］。 研 究 发 现 在 马 铃 薯 ５ 号 染 色 体 上 ＲＦＬＰ
关键词： Ｓｏｌａｎｕｍ ｔｕｂｅｒｏｓｕｍ 晚疫病 广谱抗性 小种专化抗性
Ａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｌａｔｅ Ｂｌｉｇｈｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｇｅｎｅｓ ｉｎ Ｐｏｔａｔｏ
Ｚｈｏｕ Ｊｕｎｈｕｉ Ｓｏｎｇ Ｙａｎｇ Ｚｈａｎｇ Ｙｏｎｇｑｉａｎｇ
（ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１）
·综 述 与 专 论·
生物技术通报
ＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＢＵＬＬＥＴＩＮ
２００８ 年第 ５ 期
马铃薯晚疫病抗病基因研究进展
周军会 宋扬 张永强
（ 中 国 农 业 科 学 院 生 物 技 术 研 究 所 ， 北 京 １０００８１）
摘 要： 马铃薯晚疫病是马铃薯和番茄等茄科植物中最主要的病害之一， 每年都引起巨大的经济损失。基因工程 技术的发展为马铃薯晚疫病的防治工作提出了新的契机， 从晚疫病抗性品种中筛选出具有高持久抗性的抗病基因， 并将 其转化到栽培品种中去， 无疑是我们开发持久性晚疫病抗性的最快捷的手段。到目前为至， 已经有十几个晚疫病抗性基 因从 Ｓ．ｄｅｍｉｓｓｕｍ， Ｓ．ｂｕｌｂｏｃａｓｔａｎｕｍ， Ｓ．ｂｅｒｔｈａｕｌｔｉｉ， Ｓ．ｍｏｃｈｉｑｕｅｎｓｅ 和 Ｓ．ｐｉｎｎａｔｉｓｅｃｔｕｍ 等抗性马铃薯品种中鉴定出来并已定位在 马铃薯染色体基因组上， 并有 ４ 个被克隆出来（ Ｒ１， Ｒ３ａ， Ｒｐｉ－ｂｌｂ１／ＲＢ 和 Ｒｐｉ－ｂｌｂ２） 。主要概述了马铃薯晚疫病抗病基因的 研究现状和发展前景。
Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ： Ｓｏｌａｎｕｍ ｔｕｂｅｒｏｓｕｍ Ｌａｔｅ ｂｌｉｇｈｔ Ｂｒｏａｄ－ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｐｅｃｉｅｓ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
１ 马铃薯晚疫病简介
马铃薯是世界第四大粮食作物， 其生产受到多种 病害的危胁， 其中最严重的是致疫霉菌（ Ｐｈｙｔｏｐｈｔｈｏｒａ ｉｎｆｅｓｔａｎｓ） ， 它 是 引 起 马 铃 薯 晚 疫 病 的 致 病 菌 。 马 铃 薯晚疫病可引进作物产量大规模减产， 其损害是毁 灭 性 的 ， １９ 世 纪 中 页 爱 尔 兰 空 前 的 “大 饥 荒 ”（ Ｉｒｉｓｈ ｐｏｔａｔｏ ｆａｍｉｎｅ） 就 是 由 晚 疫 病 引 起 的［１］。据 统 计 ， 在 发 展中国家， 人们用于治理晚疫病的花费每年就达到 ３５ 亿 美 元 （ ＧＩＬＢ， ２００４） 。 因 此 ， 加 强 晚 疫 病 的 防 治 工作是马铃薯生产中的一项必须优先考虑的重要 环节。