植物与病原菌互作和抗病性的分子机制

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中国农业科学　1999,32(增刊):94～102ScientiaAgricultruaSinica3植物与病原菌互作和抗病性的分子机制112刘胜毅　许泽永　何礼远(1中国农业科学院油料作物研究所,武汉　430062;2中国农业科学院植物保护研究所)提要　概述了近几年在寄主植物抗病基因与防卫反应基因、病原菌毒性基因、寄主抗病性机制和抗病基因工程策略等方面取得的主要进展,重点分析了抗病反应的一般过程、毒性基因产物胞外水解酶和毒素的作用与关系、作物抗毒素基因工程策略。关键词　植物;抗病基因;防卫基因;毒性基因;基因工程策略早在40年代末50年代初,Flor(1947;1955)在对亚麻和亚麻锈菌互作的遗传规律研究〔4,5〕中,提出了基因对基因假说(gene2for2genehypothesis),这标志着对植物与病原菌互作的认识深入到了基因水平,从而为应用分子生物学手段研究植物抗病性奠定了基础。本文概要地综述近几年在寄主植物抗病基因、病原菌致病基因、寄主抗病机制等方面取得的主要进展,并试图侧重分析概括抗病反应的一般过程及毒素的作用与基因工程策略。1　抗病相关基因根据基因的作用性质,可把抗病反应过程中起作用的基因分为两类:抗病基因和防卫反应基因。抗病基因是决定寄主植物对病原菌的专化性识别,并激发抗病反应的基因。即按Flor的基因对基因理论,它与病原菌的无毒基因互补;按Keen(1990)提出的用来解释基因〔6〕对基因理论分子机制的配体2受体模型,它的产物是抗病反应信号传导链的起始组分,即信息链的前端,当它与病原菌的无毒基因直接或间接编码产物互补结合后,启动信号传导激发植物的抗病反应。防卫反应基因是一类在抗病机制中最终起作用的基因,它们的编码产物直接或间接地作用于病原。除此之外,抗病基因和防卫反应基因的区别还有:(1)抗病基因编码产物具有特异性,而防卫反应基因编码产物具有普遍性,即不同的寄主植物中有一套类似的防卫反应基因,如植保素合成链中的酶基因、病程相关(PR)蛋白基因、植物细胞壁成分合成酶基因等。(2)抗病基因产物是植物防卫反应基因表达的直接或间接调节因子。防卫反应基因一般是受病原菌诱导表达的,编码产物比较容易分离的一类基因,而抗病基因是组成型表达的,编码产物不容易分离的一类基因。因此在基因克隆、基因编码产物的结构和功能分析等方面的研究工作中,防卫反应基因均早于抗病基因。所以植物防卫基因既有普遍性,又有特殊性。除有一部分是相似的外,还有一部分是不同的,如对真菌、细菌毒素的解毒基因,因毒素不同而不同。而人工赋予植物的解毒基因则可能更加不同,有动物源的,也有微生物源的。1.1　抗病基因接收病原菌信号,启动植物抗病反应信号转导的是植物抗病基因的编码产物,这是分子植物病理学研究寄主植物的重点和难点。自1992年应用转座子标签法分离出第一个抗病基　收稿日期　19992072153国家自然科学基金和国家生物技术攻关资助项目。 增刊刘胜毅等:植物与病原菌互作和抗病性的分子机制95〔7〕〔8〕因Hm1,1993年应用作图克隆法分离出第二个抗病基因Pto后,现已至少分离出16个〔9,10〕抗病基因(R基因)。这些基因的克隆为人们从分子水平上揭示植物抗病的内在机理以及植物的信号传递机制,并通过基因工程利用R基因快速培育新的抗病作物品种奠定了基础。尽管R基因之间的序列同源性很低,但是这些R基因编码的蛋白也具有一些相似的结构特〔9,10〕征。根据这些结构特点,已经克隆的R基因可以分为5个大类:STK,LRR2TM,NBS2〔10〕LRR,LRR2TM2STK和Hm1。(1)STK类R基因如番茄Pto基因,其产物是一个没有LRR结构域,位于细胞质内的典型的丝氨酸2苏氨酸激酶(Ser2Thrkinase),通过丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化来传递信号。目前已经有证据表明Pto蛋白能与相应无毒基因avrPto的产物相互作用。(2)LRR2TM类R基因的基因产物为锚定于细胞膜上的糖蛋白受体,包括三个区域:LRR结构域,跨膜区域(transmembranedomain,TM)和很短的胞内区域(仅有数十个氨基酸残基)。信号肽决定了它是胞外输出的。(3)NBS2LRR类R基因的共同特点是:在它们编码蛋白的近N端处存在着核苷酸结合位点(nucleotidebindingsite,NBS)。而在它们的近C端则存在着富含亮氨酸的重复序列(leucine2richrepeat,LRR)。LRR是蛋白与蛋白相互作用的一种典型结构,它是由十多个B折叠2环2A螺旋基本单位串联形成的空间构型,呈蹄铁(horseshoe)状的结构。这些膜受体的LRR结构伸展于细胞外,蹄铁状结构的凹陷处便是结合多样性配体的部位。(4)LRR2TM2STK类R基因,如水稻抗白叶枯病基因Xa21编码的蛋白是一类受体蛋白激酶,它的产物含有STK和LRR2TM两类R基因的结构特点。(5)Hm1类R基因为玉米抗HC2毒素基因Hm1。玉米圆斑病菌C.carbonum1号小种产生HC2毒素,它是一个环状的四肽。当玉米在位点Hm1隐性纯合时,该四肽是有毒致命的。研究发现显性的Hm1编码HC2毒素还原酶(HCTR),它依赖于NADPH。虽然Hm1被认为是第一个被克隆的小种专化性抗病基因,但它不是真正的基因对基因意义上的〔11〕抗病基因,因为它的抗病作用并没有一系列的信号传导,HC2毒素合成也不止一个基因。这个基因的克隆不仅对玉米圆斑病的防治具有重大意义,而且对植物抗病基因研究,尤其抗毒素研究具有重大意义。5大类R基因中的前四类基因的结构和功能见如下示意: 96中　国　农　业　科　学32卷1.2　防卫反应基因防卫反应基因是一类在抗病机制中最终起作用的基因,受病原等分子的诱导,它们的编码产物直接或间接地作用于病原。寄主对病原的防卫反应的诱导见如下示意:不同的植物其防卫基因可能大同小异,抗、感病品种之间的差别可能在于一套防卫基因的表达时间和表达量的差别。因此,这类基因的研究重点可能在基因的表达调控。当然,表达调控的研究首先必须分离、克隆这些基因。一些已克隆的防卫反应基因按功能可分为3类。(1)抑菌活性物质:包括:A、抗病小分子物质生成及相关酶类:①活性氧、脂过氧化、毒性不饱和脂肪酸生成、植保素生成及相关酶类。②糖苷酶和毒性苷元释放。③过氧化物酶、多酚氧化酶和酚类物质氧化。B、抗病相关蛋白:①5类PR蛋白,PR2l、PR22、PR23、PR24或PR25。其中有降解病原菌细胞壁的酶类,如几丁酶、B21,32葡聚糖酶;有抑制病原菌生长的酶类,如过氧化物酶、超氧化物歧化酶、脂氧化酶等。大多数PR蛋白的功能未知。②小分子物质,如硫堇thionin等。(2)结构性变化及相关的酶:①胞壁羟脯氨酸(HPGRP)及甘氨酸糖蛋(GRP)的生成与凝聚。②胞壁木质化及相关酶。③伤口栓质化及相关酶。④胞壁胼胝体生成。⑤导管中侵填体(tylose)的形成等。(3)致病因子解除的酶或小分子化合物:①抑制病原果胶酶、蛋白酶的抑制剂。②病原毒素脱毒酶。每一类基因都已从不同植物及其它物种中分离、克隆出一批。抗病水平高低不仅要看这些基因的表达时间和水平,还要看这些基因的累加效应。2　病原菌致病相关基因病原菌致病相关基因是病原菌在与寄主植物互作过程中,决定其对寄主植物致病性的基因。它决定着病原菌在侵染寄主植物过程中与植物建立寄生关系,破坏寄主细胞正常的生理代谢功能,以及调控对植物的吸附、侵染、定殖、扩展和最终显症等过程。根据致病相关基因编码产物的功能,致病相关基因可分为:毒性基因、无毒基因和决定寄主范围的基因。毒性基因是决定病原菌对植物基本亲和性的基因,根据对其产物的认识程度划分为已知产物的毒性基因和未知产物的毒性基因两大类。再根据毒性基因功能的一些重要表型,又可将未知产物的毒性基因分为过敏反应和致病基因(hrp)、病害专化致病基因(dsp)等一些类型。对致病相关基因的认识和抗病基因一样,对于阐述植物抗病机制,有效地利用抗病性有着重要的作用。从70年代明确了引起肿瘤的根瘤农杆菌毒性因子是T2DNA,并发现了Ti质粒引起 增刊刘胜毅等:植物与病原菌互作和抗病性的分子机制97T2DNA切离、转化和整合的毒性基因区(Vir区)开始,致病基因的分离和鉴定,产物的结构和功能及表达调控已扩展到其他病原细菌、真菌、病毒及线虫等。继Lindgren(1984)等首先〔12〕发现毒性基因Hrp(hypersensitiveresponseandpathogenicity)表型,Boucher(1985)提〔13〕出了毒性基因的Dsp(diseasespecificpathogenicity)表型,Staskawicz(1984)等分离出第〔14〕一个病原菌无毒基因avrA以后,目前从植物病原菌中克隆的致病基因有150个以上,仅从细菌中克隆的无毒基因就超过40个。当前,病原菌致病相关基因的相互关系和表达调控是新的研究热点。目前无毒基因、毒性基因中的hrp基因等已有大量的综述文献,本文主要综述已知产物毒性基因中胞外水解酶类和毒素合成酶基因。在病菌致病过程中这类基因指导合成的化合物被称为毒性决定因子(virulencedeterminants)。胞外水解酶类是病原菌分泌的,在侵染过程中降解植物细胞壁成分的酶类,如果胶酶(PG)、纤维素酶、蛋白酶等。从丝状真菌中克隆的果胶酶及其它水解酶基因见表。已克隆的〔15〕真菌PG基因均为1100～1350bp,大多含1～5内元,但核盘菌PG基因无内元。不同真菌〔16〕PG基因的DNA序列同源性很低。不同真菌PG基因的氨基酸序列同源性一般在60%～65%,而同细菌和植物的同源性仅为20%。研究表明,一个组氨酸残基和一个羧基群是PG活性所必须的,组氨酸残基及其侧翼的丝氨酸和酰氨酸残基的氨基酸序列是高度保守〔17〕的。据DNA序列,所有PG蛋白质都含有一个长20～40氨基酸的信号肽,总的分子量为33～38ku。其它果胶酶基因在真菌种间的变化和PG基因相似。尽管果胶酶的初级结构同源性差,但它们的同工酶四级结构相似性高。如A.niger的PGII抗体与核盘菌等多种真菌的〔18〕PG蛋白有交叉反应。然而,即使利用现代分子遗传技术,也还是难于弄清细胞壁降解酶在病原菌致病或致病力上的作用。打断单个酶基因的研究从未证明它是致病所需的,并且这些基因中的多数似〔16〕乎并不与致病力相关。很多实验都证明了单个酶的突变并不能削弱微生物对多聚物的降解能力。这里有两种可能,一是单个细胞壁降解酶并不是惟一的致病决定因子,不同种类的细胞壁降解酶及同一种酶有多种同工酶或异型体可能功能上能相互替代。二是致病作用或多聚物的降解可能有其它物质如毒素的作用。〔19〕毒素是一些病原菌在寄主体内定殖和诱发病害不可缺少的致病因子,甚至是决定寄〔11〕主范围不可缺少的致病因子。除少数毒素为蛋白质外,其它均为低分子量的次生代谢物质。许多病原真菌、细菌都能产生毒素。真菌专化性毒素已报道有9个属21个种产生,如玉米圆斑病菌1号小种能产生专化性的HC2毒素。非专化性毒素也报道有十几种,如很多真菌产生毒素草酸等。某些病原细菌能产生菜豆毒素、丁香毒素和烟草毒素等。1986年Richard在植物病原细菌P.syringaepv.phaseolicola中克隆了第一个编码毒素的基因。1991年Patil等人又研究了细菌毒素菜豆毒素的基因,发现该基因长度为1.0kb,并且该毒素的作用模式符合抑制子2受体学说。通过研究认为,植物病原细菌毒素的基因多数存在于质粒上,并且成簇排列。和细胞壁水解酶相比,大部分毒素作为致病因子是明确的,因此有关它的研究,包括基因克隆,将会比过去更加受重视。而且,还有越来越多的报道证明一些毒素是抗病反应的激发子或诱导子或抑制子,显示了毒素在病害系统互作中功能的多样性和复杂性,但多为诱导子,诱导植物抗性增加。如Mayana(1991)证明HV2toxin诱导PC22基因的燕麦品种的植保素合成增加,且增加幅度比病菌激发子诱导的高10倍,Ehrenshaft 98中　国　农　业　科　学32卷(1993)证明Cercosporin(尾孢素)诱导寄主产生抗性蛋白,草酸可诱导黄瓜和油菜多种防御〔1,2〕反应酶活性的增加或种类的变化。表　从丝状真菌中克隆的果胶酶基因和其它细胞壁降解酶基因TableGenesencodingcellwall2degradingenzymesclonedfromphytopathogenicfungi基质酶　基因真菌　　　　参考文献SubstratesEnzymesGenesFungiReferencepg1,PG2,PG3SclerotiniasclerotiorumFraissinetetal.1995PGN1CochlioboluscarbonumScott2Craigetal.1990PG2FusariummoniliformeCaprarietal.1993aClpg1ColletotrichumlindemuthianumCentisetal.1996聚半乳糖醛酸酶enpg1CryphonectriaparasiticaGaoetal.1996果胶PolygalacturonasepgaI,pgaII,AspergillusnigerBussinketal.1990,1991a,b1992或pgC,PG21992果胶pecA,pecBAspergillusflavusWhiteheadetal.1995酸PG2AspergillusoryzaeKitamotoetal.1993PectinöPecAAspergillusparasiticusCaryetal.1995PectatePgaÊAspergillustubigensisBussinketal.1991a鼠李半乳糖酶RhgAAspergillusaculeatusSuykerbuyketal.1995Rhamnogalacturonase果胶裂解酶pnlA,pnlB3,pnlC3GlomerellacingulataTempletonetal.1994PectinlyasepelA,pelB,penlDAspergillusnigerHarmsen1990,Gyslers1990,Kustersetal.,1992果胶酸裂解酶pelA3GlomerellacingulataTempletonetal.1994PectatelyasepelA,pelB,pelCNectriahaematococcaGonzalez1992,Guo1995a,bPelAAspergillusnidulansDeanetal.1989,Hoetal.1995果胶甲脂酶pmeAAspergillusnigerKhanhetal.1991Pectinmethylesterase纤维素内21,42B2葡聚糖酶egl1,egl2MacrophominaphaseolinaWangetal.1995a,bCelluloseEndo21,42BglucanasekfamlFusariumoxysporumSheppardetal.1994纤维二糖水解酶Bfam1FusariumoxysporumSheppardetal.1994Cellobiohydrolase上两种酶或其一Cfam1,Cfam2FusariumoxysporumSheppardetal.1994BoththeaboveoroneFfam1,CEL1CochlioboluscarbonumSposataetal.1995木糖木糖酶XYL1CochliobolusspApeletal.1993XylanXylanasexyn22,xyn33MagnaporthegriseaWuetal.1995cutinase2NectriahaematococcaSolidayetal.1989角质角质酶CUT1MagnaporthegriseaSweigardetal.1992aCutinCutinaseCUTAB1AlternariabrassicicolaYaoandKoller1994cutinase2ColletotrichumcapsiciEttingeretal.1987cutinase2ColletotrichumgloeosporioidesEttingeretal.1987胼胝质外2B21,32葡聚糖酶EXG1CochlioboluscarbonumSchaefferetal.1994CalloseExo2B21,32glucanase二糖B2葡糖苷酶B2葡糖苷酶SclerotiniasclerotiorumWaksman,1989Disacc2B2glucosidaseB2glucosidaseharidesB2半乳糖苷酶B2半乳糖苷酶SclerotiniasclerotiorumWaksman,1989B2galactosidaseB2galactosidase3　植物抗病的分子机制植物中存在的抗病机制多种多样,如抗侵染和抗扩展;预成抗性和诱导抗性;结构抗性和生化抗性;过敏反应和系统获得抗性等等。这些抗性机制从抗病相关物质的作用方式看不外乎3种:形成障碍物以阻止病原菌的侵染和扩展;形成具抑菌活性物质以杀死病原菌;形成酶或化学物质解除病原的致病因子。现在的问题是这些物质是如何形成的?即形成这些 增刊刘胜毅等:植物与病原菌互作和抗病性的分子机制99物质的基因是如何被触发启动的?生化反应过程如何?只有弄清这些机制,基因工程(基因来源和基因表达)和病害防治才能更加有效、更加有目的性。按Flor的基因对基因理论,Keen(1990)提出了激发子2受体模型,用来解释基因对基因〔6〕〔20〕理论的分子机制。Staskawicz(1995)在此基础上绘出了内容丰富的抗病反应信息流图。抗病基因产物为受体,病原菌的无毒基因直接或间接编码产物为激发子。病原菌以多种不同的方式向植物细胞转移物质,其中一些物质,包括某些毒素具有激发子的功能。随着对植物抗病基因及抗病反应信号传导链上其它组分的鉴定和分离,从抗病基因到防卫反应基因的整个信号传导链的轮廓已逐渐清晰明了。一般途径是:植物抗病基因编码的受体接收来自病原菌的信号分子后,发生蛋白与蛋白的相互作用,使一种激酶活化;通过调节细胞内活性氧的浓度,使依赖于氧化还原反应的转录因子激活;防卫反应基因表达,植物产生抗病反应。抗病基因编码胞内和胞外两种类型的受体蛋白,如N基因产物和Cf29基因产物。这些理论可以较好地解释过敏反应(HR)和系统获得抗性(SAR)。过敏反应是病菌侵染点细胞进入程序死亡(programmedcelldeath),它是受植物中一类被称为Acd(accelerat2edcelldeath)或Lsd(lesionsstimulatingdiseaseresistance)基因调节的,是控制细胞程序〔21〕死亡的开关。在植物发生过敏反应以前,有一短暂的氧化爆发(oxidativeburst),产生活2-性氧中间产物H2O2、OH、O2,使细胞中活性氧的浓度高出正常水平2～5倍。在过敏反应的信号转导链上,活性氧和Acd或Lsd等负调控蛋白共同介导了信号的传递。在SAR的防卫反应基因中,PR蛋白类基因通常有恒定的高水平的系统诱导表达,它已成为是否发生SAR的分子标准。在SAR的信号转导过程中,植物内源信号分子水杨酸(SA)起了防卫信号传导的二级放大作用,从而激活多种防卫基因。SA浓度在植株体内呈梯度分布,它可沿韧皮部输导组织运输,从而使整个植株SA含量达到足以诱导PR蛋白基因表达的水平。对水杨酸如何诱导PR蛋白基因表达的机制也有了一定的了解,其中烟草细胞质中的可溶性〔3〕蛋白—水杨酸结合蛋白(Sabp)可能起着重要作用。游离的Sabp具有过氧化氢酶活性,当结合水杨酸后,其过氧化氢酶活性受到抑制。正常情况下,由于过氧化氢酶的作用,H2O2在细胞中的浓度维持平衡。当水杨酸浓度升高后,Sabp的过氧化氢酶活性受到抑制,细胞中H2O2浓度升高,激活依赖于氧化还原的一类转录因子,如植物中类似于哺乳动物NF2kB、AP2l的因子,以及植物防卫反应基因的表达。因此植物是通过水杨酸调节细胞中活性氧的浓度来形成系统获得性抗性的。诱导抗性的诱导因子是很多的,如生物因子中的病原菌、弱毒菌株、生防细菌以及它们的代谢物等,非生物因子中的毒素、乙烯、茉莉酸(JA)、过氧化物、脂多糖、真菌细胞壁成分等。抗性的产生可能不依赖于SA。如在侵染早期,腐生型菌胡萝卜欧文氏菌(Erwiniacarotovora)通过不依赖SA途径甚至与SA相拮抗的途径诱导一些PR基因的表达。一种新的防卫素系列小肽PDF21.2,由JA、乙烯和过氧化物诱导产生,在用芸苔链格孢菌(Alternariabrassicicola)接种后也系统性积累,而且在类枯斑acd2和cpr5(constitutiveexpressorofPRgene,cpr)中PDF21.2的mRNA水平提高。研究表明,依赖于SA和不依赖于SA的诱导抗性信号传导途径不同,但可能存在交叉(crosstalk),比如JA诱导苯丙氨酸解氨酶和苯基苯乙烯酮合成酶基因表达,芸苔链格孢菌同时诱导依赖于SA和JA的抗病〔22〕反应。另外也发现甲基JA和SA以气体信号的形式诱导植物的抗病信号传导。 100中　国　农　业　科　学32卷4　抗病性基因工程策略植物和微生物在漫长的进化历程中,双方互换信息,自我调节建立了诸如腐生、寄生和共生等密切的联系方式。寄生又可分为:专性寄生、非专性寄生。一些植物病原菌是专性寄生,而另一些为非专性寄生,即兼有腐生和寄生两种习性。这两类病害的植物2病原菌互作性质是不同的。根据这些性质和特点,病害防治要采取不同的策略。尤其是作物病害抗性改良方法,针对专性寄生和非专性寄生的病原菌是很不同的,如水平抗性和垂直抗性的利用,非专性寄生病害难以寻找抗源等。植株抗病基因工程也一样,因植物2病原菌互作性质的不同所采取的策略也将不同。现代植物抗病分子生物学集中在两类基因上,即抗病基因和防卫反应基因。而有关基因对基因关系中的抗病基因的知识主要来自于专性寄生的病害,这为该类病害的抗病基因工程提供了广阔的前景。其中一个令人诱惑的设想正在付诸实施,即是将无毒基因置于病原可诱导之〔23〕下,并与抗病基因融于一起,如将Cf29与avr9融合,然后转化植株。一旦植株受到病原的侵袭,无毒基因被活化,其产物立即激发抗病基因,使植株产生持久性的抗病反应。另一种有前景的基因工程策略是利用抗病反应传导链的组分以激发植物自身抗病机制获得广谱抗病基因工程植株。然而,对于非专性寄生病害,如作物菌核病,“抗病基因”知识缺乏,而在寄主植物种内及其近缘种中很难找到抗源,这就决定了目前这类病害的抗病基因工程重点必须放在防御反应基因上,即分离和转化外源基因。与此同时,加强病菌与非寄主植物的互作研〔27〕究,从种甚至属的互作水平寻找抗病基因。有关抗病基因工程研究的综述已有不少文献,下文重点综述基因工程的新热点——抗毒素基因工程。利用病原菌毒素降解酶基因可能是一条抗病性改良的有效途经,尤其是“缺乏抗病基〔11〕因”的非专化性抗性改良。第一个例子是玉米抗HC2毒素基因Hm1(见上文)。这个基因的克隆不仅对玉米圆斑病的防治具有重大意义,而且对植物抗病基因研究,尤其抗毒素研究具有重大意义。如研究发现,在小麦、大麦、燕麦等单子叶植物中也有HCTR活性,这表明该酶可能在种的专化性上起作用。第二个例子是烟毒素脱毒基因的克隆与转化。烟草野火病菌丁香假单胞菌产生一种致病毒素烟毒素(tabtoxin),属非专化性,在植物体内该毒素将被转换成B2烟毒素内酰胺(tabtoxinineB2lactam),它抑制了谷氨酰胺的合成。从丁香假单胞菌〔24〕中克隆了烟毒素脱毒基因,这个基因编码乙酰转移酶,命名为ttr,全长700bp。转基因烟〔24〕草不仅完全抗毒素,而且高抗野火病。第三个例子是毒素镰刀菌酸降解酶基因。镰刀菌产生的毒素2镰刀菌酸也是一种非寄主专化性毒素。它能引起棉花等作物系统萎蔫,抗该毒素〔25〕的马铃薯细胞成长的植株对镰刀菌也有很高的抗性。利用分解镰刀菌酸细菌能有效地阻〔25〕止病菌侵染或扩展。所以该毒素是一个关键的致病因子。目前,降解镰刀菌酸的细菌酶基因已经通过基因组DNA的方法而得到克隆并获得了转基因植株。这个基因是一个多顺反子,由一个操纵子控制,需要改造才能在植物中正确表达。第四个例子是毒素草酸降解酶基因。很多真菌,包括核盘菌,产生毒素草酸,它是病菌致病的重要因子。大麦和小麦的萌发素蛋白具有草酸氧化酶活性,因而从大麦和小麦根cDNA文库中分离出该酶的基因,该基因约700bp,已被转入油菜、大豆等作物中。但未见抗性有显著提高的报道。原因可能主要是其草酸分解活性不高。另一个例子是决定寄主范围的毒素基因。除Avenalobgiglumis外,燕麦在根上皮细胞中产生糖基化的三类萜皂角苷(glycosylatedtriterpenoidsaponin),命名为 增刊刘胜毅等:植物与病原菌互作和抗病性的分子机制101avenacinA21。因为有该物质,燕麦对禾谷类全蚀病的小麦和燕麦分离物都表现抗性。但有一个燕麦分离物产生一种酶avenacinase,能降解这个皂角苷(脱糖基)而能侵染燕麦。可是,当〔26〕该酶基因被打破时,病菌即失去侵染能力。这是在种水平上的毒性基因,且为毒素合成基因。毒性基因的破坏即改变了其寄主范围。同样的情况在马铃薯中也存在。这是基因工程的一个新策略。参　考　文　献1张宗申,等.非生物诱抗剂草酸对黄瓜叶片中过氧化物酶的系统诱导作用.植物病理学报.1998,28:145～1502刘胜毅,等.油菜对毒素草酸的吸收代谢与抗性机理.植物病理学报.1998,28(1):18～233刘良式,等.植物分子遗传学.北京:科学出版社,1997:551～5954FlorHH.Inheritanceofreactionstorustinflax.J.Agric.Sci.1947,74:241～2625FlorHH.Host2parasiteinteractioninflax.Phytopathol.1955,45:680～6856KeenNH,etal.BacteriaexpressingavirulencegeneDproduceaspecificelicitorofthesoybeanhypersensitivereac2tion.Molec.Plant2MicrobeInteraction.1990,3:112～1217JohalGS,etal.RetuctaseactivityencodedbytheHM1diseaseresistancegeneinmaize.Science.1992,258:985～9878MartinGB,etal.Map2basedcloningofaproteinkinasegeneconferringdiseaseresistanceintomato.Science.1993,262:1433～14369BeynonJL.In:TheGene2for2GeneRelationshipinPlant2parasiteInteractions.1997:359～37710BakerB,etal.Signalinginplant2microbeinteraction.Science.1997,276:726～73311KnoggeW.Molecularbasisofspecificityinhostöfungusinteraction.Eur.J.PlantPathol.1996,102:807～81612LindgrenPB,etal.GeneclusterofPseudomonassyringaepv.`phaseolicola`controlpathogenicityofbeanplantsandhypersensitivityonnohostplants.J.Bacteriol.1986,168:512～52213BoucherC,etal.TransposonmutagenesisofPseudomonassolanacearum:isolationofTn5inducedavirulentmu2tants.J.GeneralMicrobiol.1985,131:2449～245714StaskawiczBJ,etal.ClonedavirulencegeneofPseudomonassyringaepv.glycineadeterminerace2specificincompat2ibilityonGlycinemax.ProceedingsoftheNationalAcademyofScience.1984,81:6024～602815Fraissinet2TachetL,etal.CheracterizationofamultigenefamilyencodingendopolygalacturonaseinSclerotiniasclerotiorum.Curr.Genet.1995,29:96～9916AnnisSL,PHGoodwin.Recentadvancesinthemoleculargeneticsofplantcellwall2degradingenzymesproducedbypathogenicfungi.Eur.J.PlantPathol.1997,103:1～1417KitamotoN,etal.StructurefeatureofapolygalacyuronasegeneclonedfromAspergillusoryzaeKBN616.FEMSMicrobiol.Lett.1993,111:37～4218BussinkJD,etal.ThepolygalacturonasesofAspergillusnigerareencodedbyafamilyofdivergedgenes.Eur.J.Biochem.1992,208:83～9019SchefferRP,etal.Ahost2specifictoxicmetabolitefromHelminthosporiumcarbonum.Phytopathol.1995,55:1037～113820StaskawiczBJ,etal.Moleculargeneticsofplantdiseaseresistance.Science.1995,268:661～66721GreenbergJT,etal.Programmedcelldeathinplants:apathogen2triggeredresponseactivatedcoordinatelywithmultipledefencefunctions.Cell.1994,77:551～56322XieDX,etal.CoI1:anArabidopsisgenerequiredforJasmonate2regulateddefenceandfertility.Science.1998,1091～109423DeWitPJGM.Molecularcharacterizationofgene2for2genesysteminplant2fungusinteractionsandtheapplicationofavirulencegenesincontrolofplantpathogens.Ann.Rev.Phytopathol.1992,32:479～501 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