分子植物病理学-绪论
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 1937, E. C. Borden ﹠N. w. Pirie 报道了TMV 的化学组成，提出该病毒由95％protein 和5％ RNA组成．
1955～1956，H. Frankel-Conrat 对TMV的蛋白质和 核酸进行了重组研究，为证明核酸作为一种遗传物质的作 用提出了令人信服的证据．(病毒分子病理研究经典之作)
'Gene-for-gene' (race-specific) interactions (Flor in 1956)
• In studying the interaction between flax and the flax rust fungus, Flor noted that resistance of plants is determined by single dominant resistance (R) genes in the plant and corresponding avirulence (avr) genes in the pathogen. Only if the corresponding genes are present in the two interacting organisms does resistance occur.
手段来解决植物病理学问题，并对其它专业技能
具有好的辅助提高的作用
分子植物病理学在病理学中的地位
植物病理学： 从群体-个体-组织-细胞-分子水平不断发展
• 分子植物病理学是应用基础科学
• 分子植物病理学是交叉学科。是遗传学、现代物
理学、生物化学、分子生物学和植物病理学的交
叉渗透。
• 学科交叉更促进了其发展。
5. 分子植物病理学的发展历史（history）
• 分子植物病理学是植物病理学中最年轻的分支，是在遗传学、 细胞生物学、分子生物学、生物化学和生物物理学等现代学
科发展和影响下逐渐形成的。
• 20世纪80年代以来分子植物病理学与脱颖而出。 • 以DNA重组为主要研究手段，以研究寄主-病原物互作中基 因及其表达为主要特征，以病原致病性机理和寄主抗、感病 性机理研究为主要内容。 • 标志：1986年在《Phytopathology》上出现标题栏目 Molecular plant pathology，《Physiological Plant pathology》改版为《 Physiological and Molecular Plant pathology》，以及1988年《 Molecular Plant-microbe interactions》的创立。
TMV CP HR RNA 侵染植物
杂合病毒
可被TMV抗体纯化 不能被HR抗体纯化 RNA供体病毒的特征
分离出的病毒颗粒能被霍氏车前病毒 （HR) 抗体钝化 1958,Gierer et al,用亚硝酸诱变获得TMV突变株,使坏死 病斑从0.2%增加到15%,进一步说明病毒RNA的突变与致病功 能的关系.
toxic
细菌利用 octopine nopaline
肿瘤组织合成 octopine nopaline
A B C
+ + －
+ － －
－ + －
+ － －
－ + －
1974～1978，农杆菌菌株的遗传转化研究。其中， 1977， M.D.Chilton证明农杆菌的Ti质粒上只有一小 段DNA与肿瘤诱发有关系，而且可以从细菌转移到植 物细胞；1978，J.Schell 首次以Ti为载体把带有抗生 素抗性基因的转座子Tn7转移到植物细胞中去，开创 了以Ti质粒为载体转移外源DNA进入植物的植物基因 工程研究日益兴旺，同时对Ti质粒的精细分析和与寄 主植物互作的研究成为分子植物病理学研究热点.
◆ 在分子（DNA）水平上通过互补分析和缺失研
究，从个体到群体分析有关基因的作用和功能表现的 调节。（传统植物病理学则多采用比较研究的方法）。
4. 分子植物病理学的研究任务
• 是用分子生物学方法研究植物病理学问题，从而阐明寄
主-病原互作过程中有关基因的作用及其产物对病程发展 的影响。 • 研究病原物的致病基因及其表达和寄主植物的抗病性、 感病性基因及其表达是其两大主要任务。
自1984年N.T.Keen首次报道从菊欧氏杆菌 (E.Chrysanthemi)中克隆到果胶裂解酶基因后,发表了 有关欧氏杆菌中2个种pel 基因克隆的报道,其中涉及编
码5个主要同工酶的5个pel基因.
农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）
1944, 发现农杆菌侵染的植物组织可以在不加激素的培养基上生
植物病原真线虫等其它病原物分子水平研究
明显落后 主要是受遗传转化技术限制。
线虫主要采取基因沉默技术。
6 分子植物病理学的研究进展和发展趋势
6.1 基因对基因假说
植物对某种病原菌的特异性抗性取决于它是否具有抗 性基因，即寄主分别含有感病基因（r）和抗病基因 （R），病原分别含有有毒基因（vir）和无毒基因 （avr），只有当具有抗性基因的植物与具有无毒基因的 病原相遇时，才能激发植物的抗病反应，其他情况下二者
•
• 从识别（identification）、信息传递
（information transduction）和病害表型
(disease phenotype) 三个方面阐述寄主-病原物互作 的分子内涵。 • （1）识别是二者表面大分子决定的，识别的结果决定 寄主和病原互作的亲和性。 • （2）信息传递是二者互作过程的中表面分子效应的内 在化过程。 • （3）病害表型是互作的结果，变化复杂。
• In studying the interaction between flax and the flax rust fungus, Flor noted that resistance of plants is determined by single dominant resistance (R) genes in the plant and corresponding avirulence (avr) genes in the pathogen. Only if the corresponding genes are present in the two interacting organisms does resistance occur.
(plant aetiology) 、寄主和病原物相互作用的遗传学 ( genetics of the interaction between host and pathogen) 、病理生理和生化(Pathological Physiology and Biochemistry)，直至进入了分子病 理学阶段。
5.2 植物细菌病害的分子生物学研究
植物病原细菌中欧氏杆菌归属于肠杆菌科，这类病原菌的分子
遗传研究在20世纪70年代初才开始，较肺炎双球菌的分子遗传学研究迟
了近40年，较DNA双螺旋的发现晚了将近20年。 20世纪50～70年代是植物病原细菌基因操作技术积累的时期。 1953～1956，D.T. Klein ﹠R. M. Klein 发现根癌土壤杆菌的基因 转化与致病性有关的现象。 1957， R.R.Corey﹠M.P.Starr 发现了菜豆黄单胞的转化作用与其 对链霉素抗性和菌落形态变化之间的关系。 1966，日本学者完成了水稻白叶枯病菌的转化研究。
假单胞细菌(Pseudomonas.spp.)
• 茄青枯假单胞(P.solanacearum);
• 丁香假单胞(P.syringae)
• 大豆斑点病菌(P.s.pv.glycinea);
• 大豆假单胞(P.glycinea)
5.3 植物真菌病害的分子生物学研究
• 传统植物病理学中许多重要的理论和学说都是以真菌病 害为模式发展起来的,但在分子病理学方面的进展明显 滞后. • 1979年M.E.Case在粗糙脉孢霉(Neurospora crassa) 和J.Tilburn在巢曲霉(Aspergillus)遗传转化系统试验 相继取得成功后,丝状植物病原真菌的分子生物学研究 发展迅速. • 最初主要采取萌发包子和原生质体转化.
由于各种病原物的分类地位及其所从属的学科不同， 因此，在各种植物病害的研究中，运用分子植物病理 学观点和方法对其进行研究的水平是不平衡的。
5.1 植物病毒病害的分子生物学研究
• 1935，W. M. Stanley 成功分离出TMV结晶，并
证明结晶的大部分组成是protein（获1945年诺
贝尔奖）.
欧氏杆菌(Erwinia spp)
• 欧氏杆菌与大肠杆菌相近,同时也是重要植物 病原细菌,因此开始分子遗传学研究较早。20世纪
70年代,M.P.Starr实验室进行了欧氏杆菌Hfr菌株
的结合遗传学研究，，利用营养缺陷型标记转移 法对其致病基因进行作图,结果表明,致病基因位于 染色体上his和thr两个基因之间.
3.主要研究方法（main strategy）
◆ 从“里”到“外”：以研究寄主和病原物的基
因为主要对象，阐明寄主－病原物相互作用的有关基 因的结构、表达、调控及其产物功能。（传统植物病 理学从外到里）。
◆ 方 法导向：先以分子克隆的方法鉴定与致病性
有关的基因，然后根据该基因产物及其对生物表型的 影响，确定该基因的类型和作用。（传统植物病理学 为概念导向）
• 还包括病原-寄主互作的遗传学，以及植物抗病基因工程 等问题。
主要章节与内容
• 第一章 寄主-病原物相互作用的遗传和生理生化基础 • 第二章 病原物致病相关基因 • 第三章 寄主植物的抗病基因 • 第四章 植物的防卫反应基因 • 第五章 寄主-病原物相互作用
• 第六章 信号接受和信息传递
• 第七章 植物抗病基因工程的基本原理和方法
分子植物病理学 (导论）
Molecular Plant Pathology （introduction）
课程性质与教学目的
• 分子植物病理学是植物保护专业的专业选修课。
• 教学目的是使学生了解植物病理学的前沿问题和 相应的研究技术，加强本学科与其它学科的融合， 会用新的思维来理解病理学问题，用先进的实验
长。 1970，G.Morel et al.发现农杆菌致病菌有两种类型，其区别在 于对两种不常见Arg衍生物章鱼碱（octopine）和胭脂碱（nopaline） 的代谢不同。 1973,J.A.Lippincoot证明，无致病力菌株丧失对上述两种Arg 衍生物的利用能力，因此，农杆菌有3种类型。
type
表现亲和，即寄主表现感病。
Gene for Gene Hyபைடு நூலகம்othesis
在抗病组合中，植物有R基因，则病原物有非毒性 avr 基因
植物
植物R 基因受体 receptor
Rx
Ax
病原
rr
S S + Avr elicitor _ R
+
_
R S
S S
aa
S
'Gene-for-gene' (race-specific) interactions (Flor in 1956)
• 从而把病害的表型与病原和寄主的基因及表达联系起 来。
2. 研究内容(contents)
• 应用分子生物学理论和DNA重组技术，研究植物 病害的发生机制，阐明病程中，寄主－病原物相互作用 的分子基础；寄主、病原物与病程相关的基因及其结构、 表达和调控机制。
主要研究对象核酸(nucleic acid)和蛋白(protein)等 生物大分子，也包括多糖(polysaccharide)、酚类化合 物(hydroxybenzene)和有机酸(organic acid )等以及一 些小分子次生代谢物(secondary metabolites)。
绪
论
1、概念（conception）
分子植物病理学是在分子水平上研究并解释植物病理 现象、讨论和解决植物病害防治理论及其途径的科学。 是指应用分子生物学理论和DNA重组技术，研究病害 发生机制，阐明病程中寄主-病原物相互作用的分子基础， 寄主、病原物与病程相关的基因及其结构、表达和调控。
• 植物病理学的发展紧跟生物科学的发展，从认识病害 开始，经历了症状学(Symptomatology) 、病原学
1955～1956，H. Frankel-Conrat 对TMV的蛋白质和 核酸进行了重组研究，为证明核酸作为一种遗传物质的作 用提出了令人信服的证据．(病毒分子病理研究经典之作)
'Gene-for-gene' (race-specific) interactions (Flor in 1956)
• In studying the interaction between flax and the flax rust fungus, Flor noted that resistance of plants is determined by single dominant resistance (R) genes in the plant and corresponding avirulence (avr) genes in the pathogen. Only if the corresponding genes are present in the two interacting organisms does resistance occur.
手段来解决植物病理学问题，并对其它专业技能
具有好的辅助提高的作用
分子植物病理学在病理学中的地位
植物病理学： 从群体-个体-组织-细胞-分子水平不断发展
• 分子植物病理学是应用基础科学
• 分子植物病理学是交叉学科。是遗传学、现代物
理学、生物化学、分子生物学和植物病理学的交
叉渗透。
• 学科交叉更促进了其发展。
5. 分子植物病理学的发展历史（history）
• 分子植物病理学是植物病理学中最年轻的分支，是在遗传学、 细胞生物学、分子生物学、生物化学和生物物理学等现代学
科发展和影响下逐渐形成的。
• 20世纪80年代以来分子植物病理学与脱颖而出。 • 以DNA重组为主要研究手段，以研究寄主-病原物互作中基 因及其表达为主要特征，以病原致病性机理和寄主抗、感病 性机理研究为主要内容。 • 标志：1986年在《Phytopathology》上出现标题栏目 Molecular plant pathology，《Physiological Plant pathology》改版为《 Physiological and Molecular Plant pathology》，以及1988年《 Molecular Plant-microbe interactions》的创立。
TMV CP HR RNA 侵染植物
杂合病毒
可被TMV抗体纯化 不能被HR抗体纯化 RNA供体病毒的特征
分离出的病毒颗粒能被霍氏车前病毒 （HR) 抗体钝化 1958,Gierer et al,用亚硝酸诱变获得TMV突变株,使坏死 病斑从0.2%增加到15%,进一步说明病毒RNA的突变与致病功 能的关系.
toxic
细菌利用 octopine nopaline
肿瘤组织合成 octopine nopaline
A B C
+ + －
+ － －
－ + －
+ － －
－ + －
1974～1978，农杆菌菌株的遗传转化研究。其中， 1977， M.D.Chilton证明农杆菌的Ti质粒上只有一小 段DNA与肿瘤诱发有关系，而且可以从细菌转移到植 物细胞；1978，J.Schell 首次以Ti为载体把带有抗生 素抗性基因的转座子Tn7转移到植物细胞中去，开创 了以Ti质粒为载体转移外源DNA进入植物的植物基因 工程研究日益兴旺，同时对Ti质粒的精细分析和与寄 主植物互作的研究成为分子植物病理学研究热点.
◆ 在分子（DNA）水平上通过互补分析和缺失研
究，从个体到群体分析有关基因的作用和功能表现的 调节。（传统植物病理学则多采用比较研究的方法）。
4. 分子植物病理学的研究任务
• 是用分子生物学方法研究植物病理学问题，从而阐明寄
主-病原互作过程中有关基因的作用及其产物对病程发展 的影响。 • 研究病原物的致病基因及其表达和寄主植物的抗病性、 感病性基因及其表达是其两大主要任务。
自1984年N.T.Keen首次报道从菊欧氏杆菌 (E.Chrysanthemi)中克隆到果胶裂解酶基因后,发表了 有关欧氏杆菌中2个种pel 基因克隆的报道,其中涉及编
码5个主要同工酶的5个pel基因.
农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）
1944, 发现农杆菌侵染的植物组织可以在不加激素的培养基上生
植物病原真线虫等其它病原物分子水平研究
明显落后 主要是受遗传转化技术限制。
线虫主要采取基因沉默技术。
6 分子植物病理学的研究进展和发展趋势
6.1 基因对基因假说
植物对某种病原菌的特异性抗性取决于它是否具有抗 性基因，即寄主分别含有感病基因（r）和抗病基因 （R），病原分别含有有毒基因（vir）和无毒基因 （avr），只有当具有抗性基因的植物与具有无毒基因的 病原相遇时，才能激发植物的抗病反应，其他情况下二者
•
• 从识别（identification）、信息传递
（information transduction）和病害表型
(disease phenotype) 三个方面阐述寄主-病原物互作 的分子内涵。 • （1）识别是二者表面大分子决定的，识别的结果决定 寄主和病原互作的亲和性。 • （2）信息传递是二者互作过程的中表面分子效应的内 在化过程。 • （3）病害表型是互作的结果，变化复杂。
• In studying the interaction between flax and the flax rust fungus, Flor noted that resistance of plants is determined by single dominant resistance (R) genes in the plant and corresponding avirulence (avr) genes in the pathogen. Only if the corresponding genes are present in the two interacting organisms does resistance occur.
(plant aetiology) 、寄主和病原物相互作用的遗传学 ( genetics of the interaction between host and pathogen) 、病理生理和生化(Pathological Physiology and Biochemistry)，直至进入了分子病 理学阶段。
5.2 植物细菌病害的分子生物学研究
植物病原细菌中欧氏杆菌归属于肠杆菌科，这类病原菌的分子
遗传研究在20世纪70年代初才开始，较肺炎双球菌的分子遗传学研究迟
了近40年，较DNA双螺旋的发现晚了将近20年。 20世纪50～70年代是植物病原细菌基因操作技术积累的时期。 1953～1956，D.T. Klein ﹠R. M. Klein 发现根癌土壤杆菌的基因 转化与致病性有关的现象。 1957， R.R.Corey﹠M.P.Starr 发现了菜豆黄单胞的转化作用与其 对链霉素抗性和菌落形态变化之间的关系。 1966，日本学者完成了水稻白叶枯病菌的转化研究。
假单胞细菌(Pseudomonas.spp.)
• 茄青枯假单胞(P.solanacearum);
• 丁香假单胞(P.syringae)
• 大豆斑点病菌(P.s.pv.glycinea);
• 大豆假单胞(P.glycinea)
5.3 植物真菌病害的分子生物学研究
• 传统植物病理学中许多重要的理论和学说都是以真菌病 害为模式发展起来的,但在分子病理学方面的进展明显 滞后. • 1979年M.E.Case在粗糙脉孢霉(Neurospora crassa) 和J.Tilburn在巢曲霉(Aspergillus)遗传转化系统试验 相继取得成功后,丝状植物病原真菌的分子生物学研究 发展迅速. • 最初主要采取萌发包子和原生质体转化.
由于各种病原物的分类地位及其所从属的学科不同， 因此，在各种植物病害的研究中，运用分子植物病理 学观点和方法对其进行研究的水平是不平衡的。
5.1 植物病毒病害的分子生物学研究
• 1935，W. M. Stanley 成功分离出TMV结晶，并
证明结晶的大部分组成是protein（获1945年诺
贝尔奖）.
欧氏杆菌(Erwinia spp)
• 欧氏杆菌与大肠杆菌相近,同时也是重要植物 病原细菌,因此开始分子遗传学研究较早。20世纪
70年代,M.P.Starr实验室进行了欧氏杆菌Hfr菌株
的结合遗传学研究，，利用营养缺陷型标记转移 法对其致病基因进行作图,结果表明,致病基因位于 染色体上his和thr两个基因之间.
3.主要研究方法（main strategy）
◆ 从“里”到“外”：以研究寄主和病原物的基
因为主要对象，阐明寄主－病原物相互作用的有关基 因的结构、表达、调控及其产物功能。（传统植物病 理学从外到里）。
◆ 方 法导向：先以分子克隆的方法鉴定与致病性
有关的基因，然后根据该基因产物及其对生物表型的 影响，确定该基因的类型和作用。（传统植物病理学 为概念导向）
• 还包括病原-寄主互作的遗传学，以及植物抗病基因工程 等问题。
主要章节与内容
• 第一章 寄主-病原物相互作用的遗传和生理生化基础 • 第二章 病原物致病相关基因 • 第三章 寄主植物的抗病基因 • 第四章 植物的防卫反应基因 • 第五章 寄主-病原物相互作用
• 第六章 信号接受和信息传递
• 第七章 植物抗病基因工程的基本原理和方法
分子植物病理学 (导论）
Molecular Plant Pathology （introduction）
课程性质与教学目的
• 分子植物病理学是植物保护专业的专业选修课。
• 教学目的是使学生了解植物病理学的前沿问题和 相应的研究技术，加强本学科与其它学科的融合， 会用新的思维来理解病理学问题，用先进的实验
长。 1970，G.Morel et al.发现农杆菌致病菌有两种类型，其区别在 于对两种不常见Arg衍生物章鱼碱（octopine）和胭脂碱（nopaline） 的代谢不同。 1973,J.A.Lippincoot证明，无致病力菌株丧失对上述两种Arg 衍生物的利用能力，因此，农杆菌有3种类型。
type
表现亲和，即寄主表现感病。
Gene for Gene Hyபைடு நூலகம்othesis
在抗病组合中，植物有R基因，则病原物有非毒性 avr 基因
植物
植物R 基因受体 receptor
Rx
Ax
病原
rr
S S + Avr elicitor _ R
+
_
R S
S S
aa
S
'Gene-for-gene' (race-specific) interactions (Flor in 1956)
• 从而把病害的表型与病原和寄主的基因及表达联系起 来。
2. 研究内容(contents)
• 应用分子生物学理论和DNA重组技术，研究植物 病害的发生机制，阐明病程中，寄主－病原物相互作用 的分子基础；寄主、病原物与病程相关的基因及其结构、 表达和调控机制。
主要研究对象核酸(nucleic acid)和蛋白(protein)等 生物大分子，也包括多糖(polysaccharide)、酚类化合 物(hydroxybenzene)和有机酸(organic acid )等以及一 些小分子次生代谢物(secondary metabolites)。
绪
论
1、概念（conception）
分子植物病理学是在分子水平上研究并解释植物病理 现象、讨论和解决植物病害防治理论及其途径的科学。 是指应用分子生物学理论和DNA重组技术，研究病害 发生机制，阐明病程中寄主-病原物相互作用的分子基础， 寄主、病原物与病程相关的基因及其结构、表达和调控。
• 植物病理学的发展紧跟生物科学的发展，从认识病害 开始，经历了症状学(Symptomatology) 、病原学