分子植物病理学的研究热点与发展趋势

中国科协第251次青年科学家论坛简报

2013年01月11日

分子植物病理学的研究热点与发展趋势 ——中国科协举办第251次青年科学家论坛

由中国科协主办，中国植物病理学会、中国农业大学、华中农业大学承办的第251次青年科学家论坛于11月19～22日在华中农业大学举行。 一、论坛基本情况

本次论坛邀请了来自中国农业大学、南京农业大学、华中农业大学、西北农林科技大学、华南农业大学、四川农业大学、山东农业大学、吉林大学、上海交通大学、青岛农业大学、吉林农业大学、西南大学、浙江师范大学、中国科学院遗传与发育研究所、中国科学院微生物研究所、中国科学院植物逆境生物学研究中心、中国农业科学院植物保护研究所、棉花研究所、江苏省农业科学院、浙江省农业科学院、福建省农业科学院、河北省农林科学院等22个单位的80余位青年科学家参会。论坛执行主席由中国农业大学孙文献教授、西北农林科技大学单卫星教授、南京农业大学王源超教授、华中农业大学姜道宏教授共同担任。

二、论坛主要议题

论坛围绕“分子植物病理学的研究热点与发展趋势”这一主题展开。并就“功能基因组学与比较基因组学在植物病原致病机理的解析以及致病基因的大规模分离与鉴定中的应用”、

“PTI与ETI抗性基因调控网络研究的最新进展及其对未来分子植物病理学发展的影响”、 “三大粮食作物及重要的经济作物主要病原的效应蛋白在寄主中靶标的研究及其在分子设计育种中的潜在价值”、“重要植物病原菌致病性的调控机理及分泌途径研究”、“病原菌重要致病因子晶体结构的解析与药物靶标的选择”、“重要作物病害防控的新策略与新思路”等6个方面的问题进行了广泛而又深刻的学术讨论。

1、功能基因组学与比较基因组学在植物病原致病机理的解析以及致病基因的大规模分离与鉴定中的应用

随着生物信息技术的高速发展和广泛应用使得基因组学尤其是功能基因组学成为研究病原物致病机理和致病相关基因克隆及其调控网络研究等快捷而有效的途径。中国农业大学彭友良教授长期从事稻瘟病菌的基因组学研究。在这次论坛上，他通过稻瘟菌致病因子的大规模筛选、分离与鉴定的实例，阐明了植物病原真菌基因组学的快速发展与广阔的应用前景；同时，他还介绍了通过比较基因组学，研究稻瘟菌的遗传变异的规律与特点，揭示水稻抗病性易被克服的分子基础，为水稻持久、广谱抗性研究提供了新思路。福建农林大学王宗华教授也在稻瘟菌的功能基因组学方面有很深的造诣。他对实验室近期的有关稻瘟病菌小GTP酶的功能研究系列进展进行了交流并对学科的研究方向进行了讨论与预测。

近年来，水稻稻曲病与小麦赤霉病在我国主要的粮食产区大面积发生，已经严重地影响到我国粮食的安全生产；这两种病菌还有一个共同点，能在侵染寄主的过程中产生大量对人畜有害的毒素。中国农业大学孙文献教授对稻曲菌进行了基因组测序，在基因组水平上分析其可能存在的致病因子及侵染特性；分析了可能参与稻曲菌毒素合成的NRPS蛋白，从基因组水平上寻找合成稻曲毒素途径中的关键基因；另外，基因组学研究也为揭示稻曲菌的致病机理及其侵染循环等提供了大量的重要信息。浙江大学马忠华教授介绍了比较基因组学在赤霉菌的基因功能鉴定中的应用。通过赤霉菌与酵母基因组之间的比较，鉴定出两个物种保守的与特有的信号传导途径，并在此基础上研究了赤霉菌对Rapamycin敏感的机理。 华中农业大学的罗朝喜教授与郑露博士分别就病原真菌中线粒体细胞色素b（Cyt b）基因的进化特点和基于Illumina测序文库的全基因组序列拼接与基因预测的技术进行了汇报。通过对所有已发表的真菌基因组进行比较，发现Cyt b应源于一个共同的祖先基因，不同物种间Cyt b基因大小的差异是因为其内含子的位置与序列发生显著的变化。郑露博士总结了一套利用Illumina测序数据进行拼接的方法，获得了与Sanger测序几乎一致的拼接效果。该方法具有成本低，效果好的特点，为未来基因组学的发展与应用提供了技术基础。 2、PTI与ETI抗性基因调控网络研究的最新进展及其对未来分子植物病理学发展的影响

重要粮食作物和经济作物抗病基因的发掘、克隆与应用一直是植物病理学关注和研究的焦点，这方面的研究对我国的粮食安全生产有着直接的影响。虽然，在模式植物拟南芥上，很多抗性基因被克隆，但是对于像小麦等基因组庞大的作物，基因克隆仍然难度很大。基因组学与全基因组关联研究(GWAS)的发展将大大加速这一进程，西北农林科技大学康振生教授与山东农业大学付道林教授对小麦抗条锈病、抗白粉病基因克隆方面的进展进行了总结与展望。相对于抗性基因介导的ETI抗性，PTI作为一种基础抗性或水平抗性近几年受到更多的关注。中国科学院遗传与发育研究所周俭民研究员结合本人近几年在拟南芥PTI与病原菌分子互作方面突出的研究成果，对PTI中基因互作网络与调控关系进行了系统全面的总结，预测了这方面研究的发展趋势。中科院微生物所邱金龙研究员介绍了实验室在植物MAPK途径研究上的进展并对拟南芥MPK4激酶介导的抗病基因调控网络进行了综述。华中农业大学王石平教授的研究更贴近实际应用，她介绍了水稻抗白叶枯病基因Xa38的克隆，以及在Xa38介导的抗性中，所涉及的抗病相关信号传导路径与关键组分的解析。四川农业大学的王文明教授对广谱抗性蛋白RPW8.2介导的抗性机制进行了解析，确定了该蛋白在细胞核内外穿梭的信号。近期在抗病机理研究中，小RNA在抗病过程中所起的作用得到了广泛的关注。南京农业大学刚从国外引进的赵弘巍教授介绍了他本人在这分面的研究成果，分析了小RNA在抗病中所起的重要作用。这方面的研究国内外都才刚刚起步，将是分子植物病理学未来几年的研究热点之一。论坛上，该领域的青年科学家们都认为，今后对植物的抗性基因或抗性相关基因的功能要从网络的角度多层次、全方位地立体解析；抗性分子机制的阐明将加快抗病基因有效地应用于作物的抗病育种中。

3、三大粮食作物及重要的经济作物主要病原的效应蛋白在寄主中靶标的研究及其在分子设计育种中的潜在价值

植物病原菌分泌的效应蛋白作为一种主要的致病因子以及寄主与病原互作的介质已得到广泛的关注，国内外在这方面的研究也取得了很多突破性进展。南京农业大学王源超教授对卵菌中大豆疫霉的效应蛋白相关研究进行了交流。在不同卵菌中，具有100～400个不等的RxLR结构域的效应蛋白。通过高通量的筛选方法，确定了一批能诱导植物过敏性坏死反应的效应蛋白，同时证实大多数RxLR效应因子可能以不同的方式抑制寄主植物的多种抗性反应，并研究明确少数效应因子的作用机理，为有针对性的设计抗病策略提供依据。西北农林科技大学单卫星教授则着重从病菌效应蛋白与作物抗病蛋白互作的角度，探讨了利用多个抗性基因的聚合来进行作物持久抗性育种的策略。他的研究还发现大豆疫霉存在一类来自tRNA的新型小分子RNA, tsRNA，这些tsRNA在病菌不同发育阶段特异性的累积，推测参与病菌的阶段发育。该校的王晓杰博士从基因组水平上对条锈菌的效应蛋白进行了预测，并其功能进行了初探。中国农科院植保所刘文德副研究员和华中农业大学程家森副教授都对油菜核盘菌的致病机理进行了总结并对该菌分泌的一些效应蛋白展开研究。刘文德研究了一种分泌的分支酸变位酶的功能，并指出该蛋白作为核盘菌是一种短暂的活体营养菌的标记蛋白。程家森博士发现核盘菌的分泌蛋白SS1TL是一个可能的效应蛋白，在核盘菌侵染早期抑制