植物先天免疫研现状与前景展望.PDF

专题：作物病虫害的导向性防控 Decoding the Mechanisms of Bio-interactions for Targeted Management of Agricultural Pests 植物先天免疫研究现状与前景展望* 张 杰 刘 俊 秦 君 中国科学院微生物研究所 植物基因组学国家重点实验室 北京 100101 摘要 因病原微生物侵染导致的植物病害对农作物的产量和质量造成了巨大损失，也对我 国的粮食安全构成重大威胁。化学农药能够较有效地控制农作物病害，但其大量施用也给 环境带来了巨大污染。植物和病原微生物在漫长的相互作用过程中形成了互相识别、共同 进化的机制。深刻理解农作物与病原微生物间的识别与互作分子机制，可以加快农作物抗 性品种分子育种，从而减少化学农药的施用。近十多年来，植物免疫识别和病原微生物致 病性的分子机理研究取得了显著进展，并逐渐形成了植物与病原微生物分子互作的进化模 型，这些成果为农作物的抗病性研究和病原微生物的致病功能解析奠定了基础，也为利用 现代生物技术改良植物抗病性提供了新的策略和思路。文章综述了植物先天免疫研究的重 要进展，并探讨了未来的重要研究方向。 关键词 植物病害，化学农药，植物免疫，微生物致病性 DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2017.08.007 1 植物先天免疫概念与研究历史 人类对植物免疫的认识来源于农业生产实践。农业生产者很早就发现植物像人和动物 一样会生病，但并不了解植物为何生病。1846 年，Mile Joseph 提出病原微生物的侵染是引 起植物病害的原因，开启了植物病理学的研究。至 19 世纪末，植物病理学家逐渐认识到， 有些植物不易生病是因其具有抗病性。然而直到 20 世纪末，因植物中众多抗病基因的发 现，才逐渐产生了植物先天免疫的概念，并促进了人们对植物抗病机制的了解。 先天免疫是指不依赖于后天获得且可遗传的生物体防御系统，该系统可识别“非己物 *资助项目：中科院空间科学 战略性先导科技专项（XDB 质”并激发防卫反应，这种防卫反应的特征是具有对“非己物质”进行无选择的排斥和阻 XDB， 国家自然科学基金（ 止病原侵染的能力。植物对病原微生物的识别所激发的先天免疫包括 2 个层次：抗病基因 3157196 8 介导的特异性识别，以及细胞表面受体介导的广谱性识别。早在 1955 年，Harold Flor 就发 修改稿收到日期：2017 年4 月19 日 现了亚麻锈病的发生与植物抗病基因缺失的相关性，揭示了植物对病原微生物特异性的识 2017 . 32 . 8 856 年 第 卷 第 期 植物先天免疫研究现状与前景展望 别，并据此提出“基因对基因”识别假说。在这种识别 受体相继被发现，如 2000 年发现的识别革兰氏阴性菌鞭 中，具有特定抗病基因的植物只识别携带有对应无毒基 毛蛋白的受体激酶 FLS2[8] ，以及 2006 年发现的识别伸长 因的致病菌，并激发强烈的超敏反应（在侵染位点诱发 因子的 EFR[9]等。 细胞死亡）。该特征与动物的适应性免疫相似，然而这 2 植物先天免疫分子生物学研究的重要进展 些抗病基因是胚性且可遗传的，