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植物免疫学.ppt

花匠小妙招
2024-11-04 05:31

1、1,植物免疫学,PLANT IMMUNOLOGY,WEN Caiyi,PLANT PROTECTION COLLEGE cywen080,2,3,4,5,6,一、什么是植物免疫学植物免疫学是研究植物病原物致病性及其遗传和变异规律，植物抗病性的分类、机制、遗传和变异规律以及病原物与寄主植物之间相互作用和应用方法的科学。二、植物免疫学研究内容与研究方法 1、研究内容：（1）病原物致病性及其遗传和变异规律。（2）植物抗病性类型、机制及其遗传变异规律。（3）寄主抗病性与病原物致病性之间的相互关系。（4）植物抗病育种策略。（5）保持和提高植物抗病性的途径和方法（6）植物抗病性鉴定的方法和

2、原理。,7,2、研究方法植物免疫学是一门应用基础学科，必须借助与之密切相关的学科如植物生理学、作物栽培学、植物生物化学、遗传学、植物病理学、分子植物病理学、分子生物学、分子遗传学等的研究方法。三、植物免疫学的发展简史 1、萌芽时期（19世纪中期20世纪初期） 19世纪中期，植物病害“病原学说” 1863年，Liebig发现增施磷肥可提高马铃薯对晚疫病的抗性，而偏施氮肥可加重发病。 1880年，J Clark用马铃薯“早玫瑰”品种与“英国胜利”杂交育成抗晚疫病品种。 1874年 2002,Kalantidis,et al. 发现导入病毒非翻译基因的转基因植物也能获得高度的抗病毒特性。（在高抗

3、和免疫的转基因植物中，转基因RNA在病毒入侵前就由于病毒转基因自身诱发了RNA沉默机制，而以序列特定性的行为被降解了；而部分抗性的转基因植物中转基因RNA在病毒入侵前不完全启动了RNA沉默机制） RNA是植物本身固有的一种抗病毒机制，侵染植物的病毒必须逃避或克服植物的RNA沉默防御机制才能完成在寄主植物中的侵染复制，并完成对植物的成功侵染，因此，病毒为了成功侵染寄主植物，对寄主植物防卫反应产生适应性，在进化过程中通过编码一种蛋白质（或病毒抑制子）来抑制植物RNA沉默。,RNA silencing suppressors encoded by viruses,二、RNA沉默机制 1 dsRNA对

4、RNA沉默的启动研究结果表明，dsRNA是基因沉默的高效诱导因子。1998，Fire，et al,将秀丽隐杆线虫（Caenorthabditis elegans）的内源mex-3的dsRNA注入C. elegans中，并导致C. elegans内源mex-3的转录产物大幅度降低或消失，首次证实了dsRNA是RNA沉默的诱导因子。随后，在植物体中也证实了这一生物学现象。 2 2123nt RNA是RNA沉默的特异性决定因子 1999,Hamilton,et al.发现在发生RNA沉默的转基因植物中存在着一定数量的与目标mRNA高度同源的2123nt RNAs。类似大小RNA分子在动物执行RNA

5、i中也检测到,并与RNA诱导的沉默复合体（RNA-induced silencing complex,RISC）一起被分离出来（Zamore,et al,2000；Elbashir,et al, 2001）。 3 参与RNA沉默的酶参与RNA沉默的酶包括：RNA-dependent RNA replicase(RdRp)、RNA helicase、RNase。,对于侵染植物的病毒来说，病毒含有依赖于RNA的RNA复制酶，在病毒复制过程中能产生dsRNA中间体，而转基因植物中所形成的dsRNA是由植物本身存在于类似的RdRp酶类。,4 RNA沉默机理 (1) dsRNA被Dicer(一种蛋白质

6、)识别并与之结合，Dicer将dsRNA 切割成2123nt RNA 小片段。 (2) 小片段与RISC结合，RISC除去dsRNA小片段中的一条链,并与另一条链结合。（3） RISC结合体与mRNA中所携带相同信息的片段结合，然后将其切割成RNA小片段或阻碍mRNA的转录。,三、RNA沉默介导的抗病性特点 1 抗性程度强，易获高抗或免疫的转基因植株利用RNA介导的抗病机制，采用表达病毒来源的dsRNA是目前生产抗病毒转基因植物的有效方法。 2 具有较高的生物安全性在RNA沉默介导的抗病毒植物体内不存在有功能的病毒蛋白，也不存在能参与 RNA重组的模板mRNA。四、RNA沉默的应用前

7、景,97,Model on RNAi function which is based on results obtained by others in the model systems C. elegans and Drosophila,98,99,The RNAi pathway (Dykxhoorn et al 2003),100,Bacterial transformation,Bacterial conjugation,Bacterial transduction,101,表达植物抗病性类型的名称,102,103,Keller et al, 2000,104,Maarten,2001

8、,105,106,107,108,109,110,111,112,113,Avr9 = C. fulvum race 9 avirulence elicitor peptide Cf9 = tomato resistance gene involved in the recognition of Avr9 CDPK = Calmodulin domain protein kinase / Calcium-dependent protein kinase MAPK = Mitogen-activated protein kinase homologue MAPKK/MAPKKK = MAPK k

9、inase/MAPKK kinase NR = Never-ripe, a tomato ethylene receptor CTR1 = MAPKKK invovled in ethylene signalling EREBPs = ethylene response element binding proteins JA = Jasmonic acid,114,115,116,农业生物多样性的创新研究成果继国际权威学术刊物自然和科学杂志同时全文发表和报道外，纽约时报、泰吾士报、独立报和我国的科学时报等国内外新闻媒体进行了大量报道的评述。美国科学院院士Steve Lindow博士、法国植物病

10、理学会主席Claude Alabouvette博士、中国工程院院士李振岐教授、中科院院士谢联辉教授等对该成果给予了充分的肯定和评价，该成果标志着植物病害防治理念的新突破、防治模式的新跨越。,Zhu Youyong, Chen Hairu, Fan Jinghua, Wang Yunyue, et.al, 2000,Genetic Diversity And Disease Control In Rice, Nature，406: 718-722. Zhu Youyong,Wang Yunyue, Lu Baorong, 2003, Conserving Traditional Rice Var

11、ieties through Management for Crop Diversity, Bioscience 53(2): 158-162,117,2006年诺贝尔奖获得者,Craig C. Mello,118,119,120,/papers/mapsciw.,121,122,123,免疫（immunity）来源于拉丁文“ immunis ”，原意是“免除服役”或“免除税收”。在微生物学和医学中引用时指“免除疫患”之意，即机体对传染病的抵抗力。免疫是机体识别和排除抗原性异物，维持自身稳定和平衡的一种生理功能，通常对机体有利，某些

12、条件下也可对机体造成损害。医学（动物、人）：免疫学是研究机体免疫系统（immune system）组织结构和生理功能的一门基础科学，内容包括免疫系统的组成与结构特点、免疫系统的生理功能。,124,所有的多细胞生物时时刻刻都在与不断变异的微生物致病体进行着一场“军备竞赛”，这些微生物致病体能够攻击并汲取生物体体内的丰富营养。为了赢得这场竞赛，生物体必须满足两种条件，一是在体内生成适当的免疫抵抗分子，二是保证免疫抵抗分子的多样性，以应对微生物致病体的不断变异。免疫学家已经发现动物体内实现这两个条件的机理，但免疫学的研究至今还没有突破动、植物之间的界限。,125,正如动物和人类的抗病能力一样，植物

13、在长期的演化过程中，形成了许多抵抗病原生物侵袭的能力和特性，即植物也有免疫系统，刺激植物的免疫系统，引发免疫反应，同样能使植物对病虫害产生抗性。在自然状态下，植物是如何防御病虫害的呢？根据观察研究得知：植物防御病虫害主要做出三步反应：发现入侵病原物；杀死入侵病原物；将入侵病原物的信息储存，以便再次遇到侵袭时做出反应。因此，传统的免疫方法是用少量诱导因子“接种”到植物体上，使植株整体对病虫害产生较强的免疫力，以抵抗各种病症的发生。诱导因子有多种，如病原体的非致病性生理种及代谢产物等，将其直接喷洒到植物叶片的表面，或浇其根，或注射到基部，都可诱导植株免疫，对同一种植物来说，诱导因子有多种，诱导产

14、生的抗生具有一定的广谱性。,126,德国马普植物培植研究所的专家日前发现，自然界中的植物具有特殊的免疫传感器，可以针对不同细菌、病毒和霉菌的入侵，启动自身相应的免疫系统。 Science 科学家最近研究发现，植物免疫系统的作用不仅局限在一系列特定的广谱响应，还表现出一定的灵活性、弹性，并且对各种病原体产生不同的响应特性。植物免疫系统的这些特征与动物免疫系统具有一定的相似性。 Develop. and Comp. Immunology 来自美国康奈尔大学的研究人员的一项最新研究确定了植物免疫响应过程中的一个关键信号水杨酸甲酯（methyl salicylate）。这种类似阿司匹林的物质能够提升植

15、物免疫系统的“警戒等级”。该研究成果有望使科学家改造植物的防御能力。 Science ,127,MAP kinase signalling cascade in Arabidopsis innate immunity Nature 2002, 415, 977-983 The plant immune systemNature 2006,444,323-329 对“植物自身免疫系统”的研究对于农业生产的应用价值植物经过长期的进化，也逐步发展了类似于动物的“免疫系统”以抵制病害。一些小分子化学诱导子可与内源性分子一样调节和诱导植物免疫系统反应。因此，针对植物“免疫系统”开发新农药是新农药创制研

16、究中的一种新思路和新方法。研究清楚植物免疫系统的具体控制基因以及信号传递系统，可以为转基因农业以及培育抗病良种提供有力的科学基础。对于植物免疫系统机理的研究也可以解决实际生产中一些问题。如通过人为的措施，提前对作物做好对逆境的抵抗。,128,2007,胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组,129,2008,吕克蒙塔尼和弗朗索瓦丝巴尔西诺西（法）,哈拉尔德楚尔豪森 (德),发现人乳突淋瘤病毒引起宫颈癌,发现免疫缺陷病毒,1936-,1947-,1932-,130,1961-,1948-,1952-,131,罗伯特爱德华兹（1952-,英国）,2010,在体外受精技术领域做出开创性贡献,132,一

17、半授予比特勒和霍夫曼，以表彰他们在激活人体先天免疫能力方面的重大发现;另一半授予斯坦曼，他在对获得性免疫系统的研究中发现了树突细胞及其特殊功能。,133,寄主群体遗传弹性主要取决于可用的垂直抗病基因是否很多、新抗病基因是否易于获得、品种选育是否容易和品种推广更替能否迅速完成等；病原菌群体的遗传弹性取决于病原物的变异潜能、繁殖速度、传播效能和距离等。,在自然生态系统中，水平抗病性保持中等程度，太高则病原物数量下降，病害选择压力减小，转而是水平抗病性趋于降低；太低则病原物数量增长，选择压力增强，转而又使水平抗病性逐代增强。,134,Systemic acquired resistance,SAR:植物的某个局部受到逆境因子侵染的时候，会产生逆境信号，在其他非侵染部位甚至植物整体和个体之间诱