浅谈植物抗性基因研究进展

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摘要：分子生物学的现状和发展前景令人鼓舞。对植物抗性的分子生物学分析，使我们进一步理解了寄主植物――病原体相互作用的规律。随着分子标记技术的发展，更多的抗性基因将得以克隆、研究和应用。

关键词：分子生物学；植物抗性基因；基因组

生物学研究正进入一个前所未有的新时期。大量数据、信息的获得，使得生物学研究各领域均有很大转变，其中包括植物抗性基因的研究。目前基因组研究已开始对植物生物学产生深远的影响，再过数年，人们将从当前的描述性研究很快过渡到从已有的大量数据信息中提出假说，经计算机模拟分析，最后针对性地设计实验来验证新的基因分析方法。实验将不再仅仅是分析基因――基因、蛋白质――蛋白质的相互作用，而是将获取大量的RNAs，蛋白质和相关代谢物等数据。

1 植物抗性基因研究现状

1.1 植物自身抗性基因以等位基因系和基因簇形式存在

经典遗传学研究表明，在不同植物品系的同一基因位点上可能具有等位基因，这些等位基因对各种病原具有不同的特异性。此外，抗性基因往往在某一特定区域成簇存在。事实上，在特定的染色体区域常常不能分辨抗性基因位点上真正的等位基因和有关联的成簇基因。利用具有不同抗性基因的植物进行杂交可以澄清这一问题。

1.2 植物抗性基因的作用机制

Flor是第一个在植物和病原中同时研究抗性遗传的植物病理学家，他研究亚麻和亚麻锈病病菌之间的相互作用。通过这些研究，他提出了基因对基因假说。研究表明，植物和病原的遗传组成和一株植物成功地进行防御是密切相关的。植物―病原相互作用的专一性是由病原的一个显性无毒基因产物和植物抗性基因产物间相互作用来决定的。因此，这两个产物之间特异识别是植物抗性作用的基础。这种识别触发了进一步的生理防御作用并导致超敏细胞死亡和对病原具有毒性的分子的积累。

1.3 植物抗性基因克隆

植物抗性基因的克隆目前主要采用转座子标记和定位克隆的方法，迄今为止，用这2种方法已克隆出22种抗性基因，其中用定位克隆方法得到16种，用转座子标记法得到6种。最近，有人又提出利用抗性基因类似序列（resistancegeneanalogs）通过PCR来特异扩增抗性基因的方法。

1.4 转基因改良植物胁迫耐性的困难及改进措施

尽管转基因改良植物胁迫耐性已取得一些进展，目前仍存在以下困难：目的产物表达量不够或时空表达不协调；目的产物翻译后修饰（加工或折叠）不适当，影响功能表达；目的酶所催化的代谢反应前体物质不足；细胞内目的酶活性受制于pH、温度及盐离子浓度等因素；有些目的表达产物对宿主细胞产生毒副作用等。进一步改进措施有以下几方面： ①选用来自近缘物种的目的基因；②构建高效表达体系；③表达产物的胞内区域化；④增加目的酶催化的前体物质含量；⑤目的产物翻译后修饰的调控；⑥抑制目的产物的副效应。

2 植物抗性基因研究趋势

基因的研究是指在许多基因同时存在的基础上对多个基因同时进行研究，分析各自与它们之间的结构与功能的相互关系。因而它至少涉及3个相关领域：结构基因组――主要关心DNA碱基序列水平上的基因结构；比较基因组――寻找种内、种属间产生基因结构差异的分子基础，以期获取与目的性状相关的基因；功能基因组――着重研究基因与其表达产物及功能活性的调控关系。结构基因组是其它领域的基础，比较基因组为功能基因组研究提供等位基因，蛋白质组则是在蛋白质水平上分析基因表达的功能基因组研究的派生分枝。生物信息学是在前面3者研究的基础上，获取、整理、综合分析提取大量已有复杂生物数据的新学科，对相关学科的研究有很大的推动作用。

基因组学（Genomics）的出现，使生物学研究进入一个新的时期，即由仅对一个基因的研究转向在基因组规模上同时对大量基因的结构和功能进行系统的研究。无论从思想上还是技术方法上，基因组学已经影响生命科学的各个领域，植物的抗逆性研究也不例外。利用基因组学的方法，不但可以挖掘大量的抗性基因，对其功能进行详细的研究，而且有助于全面理解植物的抗逆机理，为利用遗传工程提高植物抗性提供基础。

以基因组为研究对象的基因组学是常规的以基因为对象的分子生物学研究的一次飞跃。已有报道说明，基因组学方法在植物抗逆研究中的应用处于起步阶段，但随着基因组学研究的发展，我们获得大量与抗逆性有关的序列信息和生物功能信息，从而对植物抗逆复杂性会有更全面的理解。植物的抗逆性能往往不是由单基因决定的，而是由一系列相关的直接或间接作用的基因形成一个复杂的调控网络。在这个复杂的调控网络中，任何一个环节都可能是至关重要的。因而对植物抗逆性的提高，尤其对一些属数量性状的抗逆性，仅靠转移一个基因得到耐逆植物有一定的难度，转入一系列基因也许是必需的，即利用基因组工程，而不只是基因工程来提高植物抗性。基因组学的研究为植物抗逆遗传工程提供大量的全新基因，从而为抗逆育种提供了更广阔的前景。

3 展望

我们正经历一个快速发展的阶段，与几年前相比，已有许多那时想都不敢想的工具与能力。目前已开始从单个抗性基因的鉴定克隆转移到抗性基因表型的全面分析。可以预测，在不久的将来，不用通过实验鉴定，我们在计算机上通过序列比较和功能模拟分析，就能预测新克隆的抗性基因的功能。大规模的新方法、新技术的应用，将为我们获取新抗性基因并使之变成可操作利用提供机会。

参考文献

1 阎隆飞，张玉麟.分子生物学[M].中国农业大学出版社， 1997

2 呼庆，刘中大，张剑锋等.植物抗性基因研究进展[J]内蒙古师范大学学报：自然科学（汉文）版， 2002（1）

3 杨典洱，王岳光，张承亮等.植物抗性基因研究新趋势[J]生物技术通报，2001（6）