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分子植物病理学
Molecular Plant Pathology
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。
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
大豆斑点病菌(P.s.pv.glycinea) 大豆假单胞(P.glycinea)
★ 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.
.
Fra Baidu bibliotek
9
5、分子植物病理学研究进展（Review）
Gene for Gene Hypothesis 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，其他情况下二者表现亲和，即寄 主表现感病。
★ 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.
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．
4
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．
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。
◆ 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。
.
3
4、分子植物病理学的发展（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。然而，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。
.
8
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.
假单胞细菌(Pseudomonas.spp.)
茄青枯假单胞(P.solanacearum) 丁香假单胞(P.syringae)
TMV CP HR RNA
杂合病毒
可被TMV抗体纯化 不能被HR抗体纯化
侵染植物
RNA供体病毒的特征
分离出的病毒颗粒能被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.
.
5
★ 植物细菌病害的分子生物学研究
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。
细菌利用
肿瘤组织合成
.
10
5.1 病原菌致病相关基因的研究进展
致病性基因(Pathogenicity genes)是病原均与寄主植物 互作过程中决定对植物致病性的基因。它决定着病原菌在 寄主植物过程中与植物建立寄生关系，破坏寄主植物细胞 正常生理代谢功能以及调控对植物的吸附、侵染、定植扩 展和最终显症等过程。致病基因主要包括毒性基因和无毒 基因,前者决定对植物表现亲和性,即调控病害的发生与发 展;后者决定病原菌小种与含相应抗病基因的寄主植物品种 表现专化性不亲和。
type toxic octopine nopaline octopine opaline
A+ B+ C－
+
－
－
+
－
.－
+－
－+
－
－7
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.
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。
.
6
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 培养基上生长。
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.
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。
.
2
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。
◆ 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。
Molecular Plant Pathology
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。
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
大豆斑点病菌(P.s.pv.glycinea) 大豆假单胞(P.glycinea)
★ 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.
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Fra Baidu bibliotek
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5、分子植物病理学研究进展（Review）
Gene for Gene Hypothesis 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，其他情况下二者表现亲和，即寄 主表现感病。
★ 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.
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．
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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．
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。
◆ 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。
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4、分子植物病理学的发展（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。然而，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。
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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.
假单胞细菌(Pseudomonas.spp.)
茄青枯假单胞(P.solanacearum) 丁香假单胞(P.syringae)
TMV CP HR RNA
杂合病毒
可被TMV抗体纯化 不能被HR抗体纯化
侵染植物
RNA供体病毒的特征
分离出的病毒颗粒能被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.
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★ 植物细菌病害的分子生物学研究
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。
细菌利用
肿瘤组织合成
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10
5.1 病原菌致病相关基因的研究进展
致病性基因(Pathogenicity genes)是病原均与寄主植物 互作过程中决定对植物致病性的基因。它决定着病原菌在 寄主植物过程中与植物建立寄生关系，破坏寄主植物细胞 正常生理代谢功能以及调控对植物的吸附、侵染、定植扩 展和最终显症等过程。致病基因主要包括毒性基因和无毒 基因,前者决定对植物表现亲和性,即调控病害的发生与发 展;后者决定病原菌小种与含相应抗病基因的寄主植物品种 表现专化性不亲和。
type toxic octopine nopaline octopine opaline
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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.
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。
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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 培养基上生长。
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.
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。
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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。
◆ 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。