致病疫霉无毒基因与寄主抗病基因互作在不同环境因素下的影响及其机制的研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

马铃薯（solanum tuberosum l.）是继水稻、小麦、玉米之后全球第四大重要粮食作物，在全世界158个国家广泛种植，由致病疫霉菌（phytophthora infestans（mont.）de bary）引起的马铃薯晚疫病严重威胁着全球马铃薯生产安全^[1]。在长期自然进化中，致病疫霉能够在马铃薯中成功侵染并繁衍的一个关键因素，就是能够通过吸器组织向植物细胞内分泌一类效应蛋白，称为无毒蛋白（avr），可以抑制由病原菌的病原相关分子模式分子（pamps）激发的免疫反应（pti），促使植物更易感病^[2]，然而马铃薯则进化出一类抗病基因（r），其编码蛋白直接或间接特异识别致病疫霉效应蛋白，产生效应子激发的免疫反应（eti）^[3-4]，其识别互作结果直接关系到植物是否感病，因此深入研究致病疫霉无毒基因与马铃薯抗病基因的互作机制，对马铃薯晚疫病的防治具有重要的意义。

至今，人类已从抗晚疫病的马铃薯品种中分离并克隆出了21种r基因，从致病疫霉基因组中也筛选到了一些与r基因对应的avr基因，目前已鉴定到的互作基因有r1-avr1，r2-avr2，r3a-avr3a，r4-avr4，rpi-vnt1-avrvnt1，rpi-blb1-avrblb1，rpi-blb2-avrblb2和r8-avr8^[5]。

著名的病害三角模型揭示了植物和病原菌并不是在分离的情况下起作用的，只有当感病植物寄主、致病性病原菌和适宜的环境条件共同存在时，植物病害才有可能发生，这三个因素只要缺少一种，植物就不会感病^[6]。对病害发展产生作用的环境因素有光照、co₂含量、温度、湿度、土壤肥力、风速等，其中，据推测，温度、湿度和co₂含量对植物病害的发生具有显著的影响作用^[7]。根据以上研究现状，再结合实验室储藏菌种库情况和客观试验条件，本项目拟选取温度、湿度和光照三个因素和6对寄主与病原菌互作基因（r1-avr1，r2-avr2，r3a-avr3a，rpi-vnt1-avrvnt1，rpi-blb2-avrblb2和r8-avr8）进行试验研究。结合实验室先前所做分子层面的研究，将马铃薯与致病疫霉在复杂自然中的互作过程最大程度的真实还原，探讨两者在不同环境因素改变的情况下互作反应产生的变化，可对具有环境高适应性的抗病品种育种工作产生重大推进作用。

2. 研究的基本内容和问题

1 研究目标

探究环境因素改变对致病疫霉无毒基因与寄主马铃薯抗病基因的互作产生的特异性影响，寻找互作过程中的关键蛋白，进一步揭示其互作机制与环境因素之间的关系。

2 研究内容

3. 研究的方法与方案

研究方法

植物叶片共注射，植物叶片离体侵染，蛋白质谱技术，酵母筛库技术等

技术路线（见附件）

4. 研究创新点

1.创新性强

大多数实验室研究植物病原菌互作机制时只集中于理想环境条件下的分子层面，只接触到了自然界中植物-病原菌-环境的动态平衡中的一部分。本项目将马铃薯对病原菌的抗性机制置于不同的环境因子中，多方面、多程度地还原出自然界复杂的气候变化，拟发现影响互作的新蛋白，得到的结果可靠性高。

2.应用前景广阔

5. 研究计划与进展

1.研究计划

2018年7月-2018年9月：

种植烟草，准备环境箱，对光照、温度和湿度试验分别进行三次重复，拍照记录并分析结果；