【基金標書】2011CB100700-植物免疫機制與作物抗病分子設(shè)計的重大基礎(chǔ)理論

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項目名稱： 植物免疫機制與作物抗病分子設(shè)計的重大基礎(chǔ)理論首席科學家： 何祖華 中國科學院上海生命科學研究院起止年限： 2011.1 至 2015.8依托部門： 中國科學院 農(nóng)業(yè)部二、預期目標（一）項目總體目標深入闡明重要糧食作物的免疫機理、建立我國主要農(nóng)作物重大病害抗病機制為模式的創(chuàng)新研究體系，結(jié)合我國轉(zhuǎn)基因新品種培育的重大戰(zhàn)略需求，建立作物抗病分子設(shè)計的理論與技術(shù)體系。本項目將系統(tǒng)分離并鑒定重要糧食作物水稻和麥類新的抗病基因（包括QTL） 、病原菌致病因子的寄主靶標、模式植物擬南芥的重要調(diào)控基因及其在作物中的相應功能等，建立我國特色的分子植物病理學前沿理論研究模型，開辟植物免疫研究的國際前沿，前瞻性地布局國際前沿的創(chuàng)新研究領(lǐng)域與技術(shù)體系。在植物新的免疫機制、作物廣譜持久抗病的分子遺傳機制、作物重要腐生?。ㄈ缂y枯?。┑目共⌒缘确矫娅@得重大突破，并以此為基礎(chǔ)建立重要糧食作物抗病分子設(shè)計的重大基礎(chǔ)理論和技術(shù)體系。本項目將在農(nóng)作物抗病性的基礎(chǔ)理論上做出創(chuàng)新性貢獻，為作物抗病育種提供具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新策略、新技術(shù)和基因資源。本項目的實施將在高水平研究論文發(fā)表、專利申請和優(yōu)秀人才培養(yǎng)與團隊建設(shè)等方面做出重大貢獻，大幅提高我國的農(nóng)業(yè)科學理論與技術(shù)水平，實現(xiàn)跨越式發(fā)展，顯著增強我國農(nóng)業(yè)科學自主創(chuàng)新的能力，為國家“轉(zhuǎn)基因新品種培育重大專項” 的高效實施提供理論與技術(shù)體系的保障。（二）五年預期目標1. 建立水稻和麥類作物免疫研究的前沿體系以水稻為代表的農(nóng)作物與擬南芥相比，它們的免疫分子機理既有相似性，但在抗病基因的結(jié)構(gòu)和功能、對病原菌 PAMP 和 effector 識別應答及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)等方面存在重要差異，并存在較多的技術(shù)障礙，重要的研究體系也沒有很好建立。本項目將立足于領(lǐng)域前沿與國家需求，分別把水稻和小麥的重要抗病系統(tǒng)的研究進一步發(fā)展成為全面、成熟、具有國際前沿水平的植物抗病分子機理研究的模式體系；并初步建立對頑拗性腐生病原菌紋枯?。⒖萁z核菌）和赤霉病（禾谷鐮孢）免疫研究的技術(shù)平臺與重要的抗病相關(guān)基因資源，全面揭示宿主農(nóng)作物對腐生性病原侵染的應答網(wǎng)絡(luò)和免疫機制，為分子植物病理學科的發(fā)展和作物抗病分子育種提供新的理論和途徑。2. 深化植物免疫研究的模式和內(nèi)容，開辟國際領(lǐng)先的研究新領(lǐng)域本項目課題組在近幾年已在擬南芥的 PTI 和 ETI，SAR，及其交互作用（cross-talk）做出了系列的國際水平的研究成功，項目的實施將進一步建立合作團隊，凝練主攻方向，在植物 ETI 的新機制、ETI-PTI 交互作用、新的 SAR 調(diào)控因子上建立國際領(lǐng)先的研究領(lǐng)域，獲得系列重要研究成果。3. 創(chuàng)建植物免疫表觀遺傳調(diào)控研究新體系目前植物免疫的表觀遺傳機制研究剛剛起步，若干重要問題亟待解決。本項目將利用相關(guān)課題組已經(jīng)建立的國際前沿植物 RNA 沉默及抗病毒分子機理的研究水平的基礎(chǔ)上，鑒定新的表觀遺傳因子與作用機制，系統(tǒng)研究植物中 RNA沉默介導的表觀遺傳機制在植物免疫中的新的調(diào)控功能；建立重要作物病害如黃單胞菌（白葉枯病）對水稻 siRNA 的調(diào)控的全基因組網(wǎng)絡(luò)，闡明植物 miRNAs是否通過調(diào)控 R 基因直接參與植物抗病反應，在新的層面上認識植物免疫的RNA 沉默途徑的應答機制，建立創(chuàng)新的植物免疫研究理論與技術(shù)體系，在農(nóng)作物抗病的理論和轉(zhuǎn)基因抗病新技術(shù)上取得新的突破。4. 剖析作物抗病性與產(chǎn)量性狀關(guān)聯(lián)的分子機制，建立學科交叉領(lǐng)域以水稻抗病反應與發(fā)育的交互作用為模式系統(tǒng)，闡明水稻 SAR 基因 OsNPR1如何調(diào)控生長素發(fā)育途徑，從而調(diào)節(jié)水稻產(chǎn)量性狀的分子機制；闡明 ET 發(fā)育途徑參與水稻稻瘟病抗性的分子機理；闡明以水稻病毒?。≧DV 和水 RBSDV)侵染植物導致植物矮化的分子機理，為病毒防治尋找新的途徑；建立新的作物抗病與發(fā)育交叉研究領(lǐng)域，在學科創(chuàng)新上有持續(xù)的生命力。5. 系統(tǒng)發(fā)掘作物重要抗病新基因，解析新的抗性機制目前從水稻和小麥中克隆的抗病基因數(shù)量非常有限，極大部分抗病基因還未知。 這對于全面理解作物與病原菌的相互作用及抗病機制是主要的限制因素。尤其是對廣譜持久抗病性的分子機制基本上是空白。此外，對于類似紋枯病這樣的水稻病害，其危害已越來越嚴重，但在水稻中迄今尚未鑒定有重要抗性的基因位點。本項目將系統(tǒng)克隆 30-50 個水稻抗病基因（尤其是廣譜持久抗病基因）、麥類慢銹病抗病主效 QTL 等、以及重要的抗病調(diào)控基因，系統(tǒng)剖析這些新抗病基因的抗性機制，尤其將在克隆水稻廣譜抗病基因 ROD1、 Pigm、小麥慢條銹苗期主效數(shù)量抗性基因 Yrq1 及大麥慢葉銹成株期主效數(shù)量抗性基因Rphq4 的基礎(chǔ)上，確定其在免疫反應網(wǎng)絡(luò)中所承擔的功能，提出植物廣譜持久抗病性遺傳與分子機理的模型，也為接續(xù)的分子設(shè)計育種奠定基礎(chǔ)。6. 創(chuàng)立并實踐作物抗病分子設(shè)計的基礎(chǔ)理論與技術(shù)體系本項目將整合上述基礎(chǔ)理論和基因資源，解決抗病分子設(shè)計育種的關(guān)鍵科學問題，包括：優(yōu)異等位或同源抗病基因的開發(fā)、基因簇內(nèi)復等位基因的重組和功能評價；新型抗病基因的分子設(shè)計和功能評價；抗病基因的聚合轉(zhuǎn)化/轉(zhuǎn)育及其功能評價。本項目將率先建立水稻和小麥抗病分子設(shè)計的實踐模型，發(fā)展 2-3 種農(nóng)作物抗病改良的新策略，為廣泛開展作物抗病分子設(shè)計育種奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。通過科學的分子手段，結(jié)合傳統(tǒng)育種手段對農(nóng)作物栽培品種進行遺傳改良，得到抗病性顯著改良和廣譜抗病的水稻、小麥等農(nóng)作物的品系 7-10 個，獲得 2-3個能夠抗水稻紋枯病、病毒病等疑難病害的農(nóng)作物品（株）系。7. 創(chuàng)造系列高水平的研究成果，大幅提升我國在本領(lǐng)域的國際地位在國內(nèi)外核心刊物上發(fā)表研究論文 100 篇左右。其中，在國際一流學術(shù)期刊（IF 8.0）上發(fā)表論文 1015 篇，申請發(fā)明專利 2030 項，授權(quán)專利710 個，主辦一次大型專業(yè)國際學術(shù)會議，大幅提升我國科研團隊在國際上的研究地位。8. 全面推進優(yōu)秀人才培養(yǎng)和創(chuàng)新團隊建設(shè)依托項目實施，進一步凝練我國在植物免疫和作物抗病分子領(lǐng)域的戰(zhàn)略目標，培養(yǎng)一批具有科學創(chuàng)新精神和在專業(yè)領(lǐng)域具有較高國際顯示度的中青年學科帶頭人，建設(shè)具有國際一流水平的研究隊伍。培養(yǎng)博士后和研究生 150 名左右，為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展奠定人才基礎(chǔ)。三、研究方案（一）總體學術(shù)思路本項目緊密結(jié)合農(nóng)業(yè)生物學學科前沿，并為保障我國糧食生產(chǎn)安全和支撐國家轉(zhuǎn)基因新品種培育等重大戰(zhàn)略需求，建立以我國主要農(nóng)作物重大病害抗病機制為模式的創(chuàng)新研究體系。在研究思路上強調(diào)頂層設(shè)計與整合，以“一線四點六面” 的格局組織項目的實施，即：1 條主線，4 個關(guān)鍵科學問題，6 方面研究內(nèi)容。在具體研究體系上，針對重要的作物-病害體系包括水稻和麥類病害的新抗病基因和調(diào)控基因的克隆與功能機制，并整合與創(chuàng)新模式植物擬南芥的前沿免疫研究體系。在技術(shù)路線上廣泛采用正向、反向遺傳學和表觀遺傳學，并結(jié)合生物信息學、蛋白-蛋白相互作用、蛋白組學、現(xiàn)代生物化學與細胞生物學等研究技術(shù)。在目標集成上，剖析作物對重要病原菌的識別機制與應答的信號網(wǎng)絡(luò)，研究作物廣譜與持久抗性尤其是數(shù)量性狀（QTL）抗性的分子機制，分析與整合作物抗病性與產(chǎn)量性狀的互作途徑，并緊密結(jié)合作物遺傳育種，建立作物抗病分子設(shè)計的理論、應用基礎(chǔ)和共性技術(shù)體系。（二）總體技術(shù)途徑目前組學和復雜性狀 的研究方法已貫穿到生物學研究的各個方面，根據(jù)總體研究目標和目前學科的發(fā)展趨勢，本項目將針對農(nóng)作物與病原微生物相互作用過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，充分利用遺傳學和表觀遺傳、植物病理學、分子生物學、蛋白質(zhì)相互作用、細胞生物學、生物化學等現(xiàn)代生物學研究手段，將植物-病原菌的功能基因組學、蛋白組學、轉(zhuǎn)錄組學和生物信息學等精密結(jié)合，以嚴密的設(shè)計和精準的實驗分析，解析和闡明植物免疫的細胞、生化與分子過程。因此，本項目將發(fā)展和利用以下相互交織的技術(shù)平臺：1. 充分運用遺傳學與基因組學平臺，鑒定重要的抗病或免疫調(diào)控因子。利用作物抗病資源和大規(guī)模突變體篩選，定位克隆重要的抗病基因（包括 QTL）和關(guān)鍵調(diào)控基因，分析抗病等位基因的結(jié)構(gòu)與功能差異，并利用植物轉(zhuǎn)化和基因敲除（knockout/knockdown）等驗證基因功能；利用蛋白質(zhì)互作和蛋白組學等技術(shù)，鑒定重要的互作蛋白或靶蛋白等；利用表達組學結(jié)合基因功能分析，分離鑒定重要的免疫調(diào)節(jié)基因。2. 建立表觀遺傳分析技術(shù)體系和遺傳資源，分析表觀遺傳機制對植物免疫的調(diào)控，鑒定有調(diào)控功能的 sRNA 及其靶標基因。3. 利用生物信息分析平臺，對大規(guī)模植物和病原菌基因組數(shù)據(jù)庫進行序列分析和基因挖掘鑒定重要的免疫/抗病調(diào)控因子、 響應因子和路徑節(jié)點等，分析重要病原的致病性基因簇結(jié)構(gòu)及其寄主靶標，預測抗病蛋白的結(jié)構(gòu)和互作模式，并根據(jù)重要的免疫信號轉(zhuǎn)導途徑建立基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。4. 利用激光微切割技術(shù)結(jié)合基因芯片和生物信息學分析平臺，精確分離鑒定細胞特異和侵染早期的寄主響應基因，尤其是對腐生菌(小麥赤霉病)的抗病相關(guān)基因，建立防衛(wèi)反應網(wǎng)絡(luò)。5. 建立和利用細胞生物學和生物化學平臺，包括各種顯微觀察方法、標記與跟蹤技術(shù)、免疫共沉淀、體內(nèi)外生化活性分析等技術(shù)，驗證重要的植物免疫細胞學過程，分離重要的活性小分子，抗病的激素途徑及其與產(chǎn)量性狀等的關(guān)聯(lián)。6. 將分子遺傳、轉(zhuǎn)基因技術(shù)和作物育種學結(jié)合，進行抗病分子設(shè)計育種，選育廣譜抗病水稻和小麥品系，建立分子設(shè)計育種的理論與技術(shù)體系。遺傳學途徑 表觀遺傳途徑 生化途徑 生物信息途徑（注：本設(shè)計為技術(shù)流程的主要途徑，相互之間有交織）作物抗病分子設(shè)計的理論與技術(shù)體系作物抗病資源,擬南芥突變體基因定位克隆與功能分析植物抗病機制與信號途徑抗病育種分子標記與分子設(shè)計抗病等位基因和功能分化抗病 TGS 途徑, sRNA 表達譜miRNA,RdDM調(diào)控 R 基因RNA 沉默與水稻抗病性水稻 sRNA 靶標與抗性途徑植物新抗病理論與技術(shù)體系蛋白互作,關(guān)鍵基因鑒定致病因子新靶標與功能免疫調(diào)控關(guān)鍵節(jié)點激素途徑和產(chǎn)量性狀抗病高產(chǎn)育種基礎(chǔ)理論重要數(shù)據(jù)庫分析與發(fā)掘腐生菌侵染與表達譜分析重要調(diào)控基因鑒定與分析蛋白互作的分子特征與預測重要免疫途徑基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)主要農(nóng)作物重大病害抗病機制為模式的植物免疫創(chuàng)新研究體系（三）創(chuàng)新性與特色植物免疫與作物抗病性研究是國際植物生物學研究的前沿熱點領(lǐng)域，研究的問題復雜、涉及的學科范圍和技術(shù)方法廣、學科發(fā)展快、國際競爭大。目前我國在這方面的研究與技術(shù)體系與歐美等國家相比，還具有很大的的差距。但是，我國在作物應用基礎(chǔ)研究以及相關(guān)領(lǐng)域人才隊伍建設(shè)方面具有明顯優(yōu)勢。本項目根據(jù)學科發(fā)展和本國農(nóng)作物病害的特點，立足于創(chuàng)新、突出研究重點、發(fā)揮自身優(yōu)勢，做出跨越式的發(fā)展并提升我國在本領(lǐng)域的研究水平和地位。本項目在以下方面具有創(chuàng)新性和特色：1. 新的總體研究思路。圍繞國際學科發(fā)展趨勢，以系統(tǒng)闡明植物包括重要糧食作物的免疫機理為目標，結(jié)合我國轉(zhuǎn)基因新品種培育中抗病分子育種這一重大需求。以作物對重要活體寄生（biotroph ）與腐生（ necrotroph）病害的免疫應答及其互作為主線，強調(diào)頂層設(shè)計與整合；建立以我國主糧作物重大病害抗病機制為模式的創(chuàng)新研究體系。2. 從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和學科發(fā)展中提煉關(guān)鍵科學問題，創(chuàng)建特色研究體系。本項目緊密結(jié)合學科創(chuàng)新和國家重大需求，以我國重要農(nóng)作物病害抗性為研究重點，借鑒以擬南芥為主要模式的研究方法與研究成果，提出了 4 個關(guān)鍵科學問題，重點研究作物廣譜持久抗性的分子基礎(chǔ)；植物抗病性的表觀遺傳學機制；抗病性與產(chǎn)量性狀的關(guān)系，及抗病育種分子設(shè)計新思路。為此，在相關(guān)領(lǐng)域設(shè)置了6 個相互交叉的研究課題，并把主要研究方向集中在水稻和麥類抗病分子機理，推動以水稻抗病性為主要模式體系的轉(zhuǎn)換，建立我國特色的植物免疫和作物抗病育種基礎(chǔ)理論的前沿領(lǐng)域。3. 新的前瞻性研究部署。國際上植物免疫的研究已經(jīng)進入更高層次的研究領(lǐng)域。本項目密切結(jié)合學科發(fā)展動向，前瞻性地部署前沿研究領(lǐng)域，重點包括植物基礎(chǔ)免疫與?；悦庖叩慕换プ饔茫╟ross-talk） 、表觀遺傳機制對于植物免疫的調(diào)控功能和新的抗病性研究策略、作物廣譜持久抗病性的機制等。尤其是植物免疫的表觀遺傳機制是植物生物學的新興研究領(lǐng)域，存在若干重要的科學問題亟待闡明。國際上，包括 RdDM 途徑的表觀遺傳學研究主要集中在植物自身的開花發(fā)育調(diào)控和非生物脅迫應答。抗病 RNA 沉默 的研究也主要集中在擬南芥和煙草上。表觀遺傳機制應答生物脅迫和作物的抗病沉默機制的研究的報導寥寥無幾。以植物免疫的表觀遺傳機制為主線，從模式植物到我國主要糧食作物，結(jié)合項目各課題組已建立起來、各具特色的實驗體系和工作平臺，拓展表觀遺傳機制調(diào)控抗?。ú《尽⒓毦驼婢鹧芯款I(lǐng)域。本項目對植物免疫的表觀遺傳機制的創(chuàng)新研究，將為農(nóng)作物抗病從理論和應用實踐上開辟新的研究體系。4. 利用和創(chuàng)制特色研究材料。為實現(xiàn)項目目標，本項目將廣泛收集和創(chuàng)制新型的研究材料，如作物廣譜抗病和 QTL 遺傳資源、抗腐生病害遺傳資源、抗病基因抑制（suppressor ）突變體。并以已經(jīng)定位克隆的、有自主知識產(chǎn)權(quán)的一批重要廣譜抗病基因如 xa13、 Xa30， Pigm、 Pid-2、 ROD1、 OsNPR1、 等為研究的重要出發(fā)點，緊密結(jié)合作物遺傳育種，建立作物抗病分子設(shè)計的理論、應用基礎(chǔ)和共性技術(shù)體系。5. 新的技術(shù)路線集成。本項目廣泛采用 組學和復雜性狀的研究方法，利用正向、反向遺傳學和表觀遺傳學，并結(jié)合生物信息學、蛋白組學、現(xiàn)代生物化學等研究技術(shù)，系統(tǒng)剖析作物對重要病原菌的識別機制與應答的信號網(wǎng)絡(luò)，并整合作物抗病性與產(chǎn)量性狀的互作途徑，創(chuàng)建抗病分子設(shè)計育種體系。尤其將開展水稻抗瘟性復等位基因的簇內(nèi)重組，創(chuàng)造新的廣譜抗病基因位點，在抗病遺傳理論與育種實踐上都是一個有重大創(chuàng)新意義的課題。6. 新的目標視野。本項目除了要在植物免疫學科領(lǐng)域上創(chuàng)立我國的高水平前沿研究優(yōu)勢，取得系統(tǒng)性的研究成果，同時也要在作物廣譜持久抗性尤其是數(shù)量性狀（QTL ）抗性的分子機制、腐生菌（如紋枯病）的抗病基因資源、作物抗病育種的分子設(shè)計理論與實踐等方面建立國際領(lǐng)先的研究體系與技術(shù)平臺。創(chuàng)新性研究成果（如水稻廣譜抗病性基因）的應用有可能為農(nóng)作物抵抗類似于水稻紋枯病這樣的疑難病害做出重大貢獻。從而為推動抗病新策略、新技術(shù)的發(fā)展提供直接的指導。7. 新的研究隊伍建設(shè)。依托本項目的實施，將進一步凝練我國在植物免疫和作物抗病分子領(lǐng)域的戰(zhàn)略目標，培養(yǎng)一批在專業(yè)領(lǐng)域具有高國際顯示度的中青年學科帶頭人，建設(shè)具有國際一流水平的創(chuàng)新研究團隊。（四）取得重大突破的可行性分析在植物免疫和作物抗病性研究領(lǐng)域，雖然要全面超越國際一流研究水平還要進行長期、艱苦的研究與探索，但是本項目的實施也存在諸多有利因素，其中包括研究資源、研究基礎(chǔ)、人才隊伍和儀器裝備等幾方面的有利條件，本項目具備圓滿完成預定計劃的能力和工作條件。1. 項目有廣泛共識：本項目已經(jīng)經(jīng)過 3 年多的籌備，尤其通過 2009 年 5月第 349 次香山科學會議植物先天免疫機制 、2010 年 2 月第 9 次中國科學院上海交叉學科論壇植物免疫與作物生產(chǎn) ，與會專家與項目組骨干進行了廣泛的討論，根據(jù)學科的發(fā)展與國家農(nóng)業(yè)的重大需求，凝練了關(guān)鍵的科學問題與重點研究方向，研究思路明確，目標集成可行性強。2. 具有豐富的研究資源。我國主要農(nóng)作物栽培歷史長，栽培區(qū)域差異大，抗病性資源豐富，并具有較高的抗病育種水平。這為本項目通過功能基因?qū)W的方法，研究不同農(nóng)作物品種抗病分子機理，在以水稻為主的重要農(nóng)作物的抗病分子機理研究，可以做出創(chuàng)新性和有特色的研究成果。3. 技術(shù)路線成熟。近年來植物分子生物學研究飛速發(fā)展，擬南芥及水稻基因組已相繼完成測序，小麥基因組 454 高通量序列的豐富，基因定位克隆已經(jīng)實現(xiàn)日?；Ｆ渌嚓P(guān)的平臺, 如表觀遺傳、蛋白組學、表達組學、生物信息學、植物病理學、生物化學、蛋白質(zhì)相互作用、細胞生物學等現(xiàn)代生物學研究手段均已建立并不斷改進。這些成熟的技術(shù)平臺為順利開展本項目并完成目標提供了可靠的保障。4. 研究基礎(chǔ)較好。通過承擔國家 863 計劃、國家基金重大研究計劃和重點項目、國家轉(zhuǎn)基因新品種培育重大項目等多項研究的積累，本項目組各個課題已經(jīng)在科學研究思路、實驗材料、研究實驗體系、數(shù)據(jù)分析能力、國際學術(shù)交流等方面打下了較好的研究基礎(chǔ)。一些前期研究已經(jīng)處于穩(wěn)步開展階段，多個作物主要抗病基因和擬南芥免疫關(guān)鍵調(diào)控基因已經(jīng)克隆，植物表觀遺傳機制已有重大新發(fā)現(xiàn)，為本項目的順利實施提供了有力保障。項目的實施將依托 7 個國家和 3 個部門重點實驗室（詳見工作條件部分） ，具有先進的儀器設(shè)備和國內(nèi)一流的工作條件。在植物免疫途徑（PTI，ETI）及其互作、植物免疫的表觀遺傳調(diào)控、SAR 調(diào)控、作物廣譜抗病基因的功能機制及其育種應用、水稻抗紋枯病等方面可望有重大的突破性成果。5. 研究隊伍具備國際競爭力。本項目組織的骨干隊伍集中了國內(nèi)優(yōu)勢的研究單位，研究方向全面、合理，分別涉及到農(nóng)作物抗病、真菌病害、細菌病害、病毒病害等本領(lǐng)域重點分支，在多個研究領(lǐng)域如水稻功能基因組學、植物免疫、作物抗病性、病原菌基因組學、表觀遺傳等方面做出了一系列突破性的研究成果， 。在過去數(shù)年間，本項目骨干作為第一或通訊作者的多篇研究論文發(fā)表于國際重要學術(shù)期刊如 Cell 及其系列, Nature 系列, Science, Plant Cell, PNAS, Genome Research, EMBO J, Cell Host & Microbes, PLoS Pathogens， Journal of Virology, Plant Journal, Plant Physiology, Molecular Microbe-Plant Interaction 等。具備進行創(chuàng)新研究的團隊基礎(chǔ)和較強的國際競爭實力。此外，項目組大部分骨干都曾在國際上著名的實驗室中從事植物分子生物學和植物病理學工作多年，在國內(nèi)建立了優(yōu)秀的實驗室，并和國際權(quán)威人士建立了良好的交流與合作關(guān)系。這些條件均對本項目的開展是一個有力的支持。四、年度計劃研究內(nèi)容 預期目標第一年1. 擬南芥 PTI 相關(guān)突變體的篩選；PRR受體蛋白酵母雙雜交庫的構(gòu)建；抗病蛋白系列置換突變體構(gòu)建與功能分析；水稻抗病蛋白與病原菌效應蛋白基因的克隆。2. Xoo 鞭毛蛋白基因/解毒蛋白基因及突變體的克?。粯?gòu)建 Xoo/Xoc 鞭毛蛋白等 PAMPs 編碼基因的缺失突變體；構(gòu)建多個水稻基因變量表達的雙元載體；效應蛋白基因轉(zhuǎn)基因；建立純化EPS 天然寡聚體的技術(shù)平臺以及 EPS寡聚體生物活性檢測系統(tǒng)。3. 對 bir1,snc1,snc2,snc4，mkk1 mkk2這 5 個組成型抗病的突變體做抑制子篩選；對抑制子進行表型分析及初定位；建立 SAR 篩選體系，分析SARD1 及 SARD2 的生化功能；擬南芥 MEKK1 結(jié)合蛋白酵母雙雜交篩選。4. 利用 -ray 輻射誘變和 EMS 化學誘變抗病品種 GM4(Pigm)，篩選 Pigm基因的抑制因子 spi（suppressors of Pigm） ；利用體內(nèi)和體外方法篩選水稻 EMS 誘變 F2 群體，獲得對 Xoo LPS 敏感性發(fā)生改變的突變材料，創(chuàng)建該突變材料的分離群體并開始進行圖位克隆；。建立分離 LPS 結(jié)合蛋白的生物化學標記體系。5. 采用激光顯微切割，結(jié)合禾谷鐮孢活體熒光標記、基因組芯片等，揭示宿主作物細胞在禾谷鐮孢侵染中、晚期的動態(tài)轉(zhuǎn)錄組；研究宿主作物-禾谷鐮孢互作細胞學過程；病毒侵染擬南芥，microarray 高通量表觀遺傳途徑相關(guān)蛋白基因表達檢測；抗病 TGS蛋白目標基因篩選、及其表達譜檢測。6. 建立病毒侵染水稻的研究體系，構(gòu)建1. 分離鑒定 PTI 途徑基因 1-2 個；分離鑒定 ETI 途徑基因 1-2 個；克隆病原菌效應蛋白基因 1-2 個；得到與MEKK1 結(jié)合的候選蛋白；鑒定抗病蛋白下游組份 1-2 個；明確植物抗病蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。2. 明確兩種 Xoo/Xoc PAMPs 突變體對水稻致病性的變化；明確 Xoo/Xoc 鞭毛蛋白和另外一種 PAMPs 誘導水稻的防御反應的能力；構(gòu)建 3-5 個水稻轉(zhuǎn)基因載體。3. 篩選到 5 個組成型抗病突變體的相關(guān)抑制子；建立 SAR 篩選體系；完成對 SARD1 及 SARD2 的生化功能分析；篩到多個 spi 感病突變單株。4. 得到宿主作物細胞在禾谷鐮孢侵染中、晚期的動態(tài)轉(zhuǎn)錄組；利用基因組方法分析 RDV 病毒感染后水稻基因組的變化。5. 明確擬南芥中參與抗病的表觀遺傳途徑相關(guān)蛋白；明確 Xoo 誘導或抑制水稻表達的特異小 RNA 和 mRNA；獲得針對RDR2， DCL3， DCL1，DCL4，AGO1和 AGO4 等的 RNAi 突變體株系。6. 篩選并獲得水稻 LPS 非敏感型突變體；建立篩選 LPS 結(jié)合蛋白的生化體系并開展篩選工作。7. 分析乙烯對水稻抗抗病性的作用，構(gòu)建相應的水稻研究株系。8. 構(gòu)建水稻 OsNPR1 基因的遺傳學研究株系并進行表型鑒定；獲得水稻抗ROD 基因轉(zhuǎn)基因功能驗證材料；定位克隆 2 個以上水稻抗白葉枯病基因或 QTL；發(fā)表關(guān)于 Pigm 基因功能的相關(guān)論文。9. 精細定位抗銹病 QTL；克隆 2 個抗黃萎病相關(guān)基因。10. 獲得小麥 EDR1 和 EDR2 基因各 1研究內(nèi)容 預 期目標針對水稻 RNA 干擾途徑主要基因的轉(zhuǎn)基因 RNAi 突變體株系，包括RDR1,RDR6,AGOs,PolIV,PolV,DCL2 等；利用酵母雙雜交方法，篩選受 RDV病毒侵染前后水稻基因表達譜的變化并對其進行生物信息學預測。7. Xoo 誘導水稻小 RNA 的 Solexa 測序建立 miRNA 與 siRNA 表達譜。RNA-seq 測序，建立 mRNA 表達譜。 8. 獲得乙烯耐受水稻株系，對多種致病稻瘟病菌進行感病分析；利用 MCP處理，分析抗性水稻在喪失乙烯反應后對相應的稻瘟病菌發(fā)生的抗性變化；將乙烯耐受基因?qū)肟剐缘乃酒贩N；將造成組成性乙烯反應將有轉(zhuǎn)入感病水稻品種以及抗病水稻品種中，獲得相關(guān)的組成性乙烯反應水稻材料；分析過表達 OsNPR1 基因不同株系的抗病性及其它與生長發(fā)育有關(guān)的表型。9. 完成對 Pigm 基因的功能鑒定工作；水稻抗 ROD 基因的克隆；水稻抗白葉枯病基因或 QTL 的定位；小麥抗銹病 QTL 的定位工作；抗黃萎病相關(guān)基因的定位工作；新型等位基因的克?。嚎寺∷?PID3 基因以及小麥Yr10、Yr18 和 Yr36 的新型等位基因；小麥 EDR1 和 EDR2 基因的獲得；10. 構(gòu)建 xa5-Xa21-Pid2-Pid3 聚合載體和 Yr10-Yr18-Yr36 聚合載體（自然表達，即使用自身啟動子） ；開展廣譜抗病品種的轉(zhuǎn)基因及分子育種工作，水稻抗病基因的分子標記聚合育種：利用基因標記，將水稻xa5、Xa21 、Pid2 和 Pid3 基因轉(zhuǎn)育我國超級雜交稻的恢復系親本 93-11和明恢系列的品種；水稻 Pigm 與Pi9 基因重組位點的創(chuàng)建；小麥抗條銹病基因的分子標記聚合育種： 利用基因標記，將小麥 Yr10、Yr18 和Yr36 基因轉(zhuǎn)育我國小麥主產(chǎn)區(qū)品種“濟麥 19”和“鄭麥 9023”。個；克隆水稻 PID3 和小麥Yr10、 Yr18 和 Yr36 新型等位基因3-5 個。11. 獲得一批廣譜抗病轉(zhuǎn)基因或分子育種品系；獲得 1000 份攜帶水稻 PID3 或小麥 Yr10、Yr18、Yr36 等基因的材料。12. 構(gòu)建 xa5-Xa21-Pid2-Pid3 聚合載體和 Yr10-Yr18-Yr36 聚合載體各 1 個。13. 獲得有 10 萬個體的 F2 群體，篩選獲得鑒定 Pigm 和 Pi9 基因的菌株2-3 個，特異鑒別這兩個基因的 PCR分子標記 2-3 個。14. 發(fā)表 SCI 文章 10 篇左右。15. 申請專利 5-6 個。研究內(nèi)容 預 期目標第二年1. PTI 通路新基因的克隆、鑒定；PRR受體蛋白互作蛋白篩選。2. Xoo 鞭毛蛋白/解毒蛋白的分離純化及生化分析；效應蛋白對宿主信號通路的作用分析；抗病蛋白不同結(jié)構(gòu)域間互作分析，及這種互作與蛋白功能和下游信號通路之間的關(guān)系分型；構(gòu)建大麥表皮細胞富集百分病菌轉(zhuǎn)錄本的酵母雙雜交 cDNA 文庫的構(gòu)建。3. 利用圖位克隆和高通量測序技術(shù)鑒定bir1, snc1, snc2, snc4，mkk1 mkk2 的抑制子所在的突變位點；對 SAR 突變體進行表型分型及初定位；進行MEKK1 免疫共沉淀。4. 鑒定 BBI1（E3 ligase） ，OsRAR1,OsNPR1,OsSGT1 的感病純合突變單株,分別與含有 Pigm 轉(zhuǎn)基因日本晴株系雜交。5. 采用激光顯微切割，基因組芯片等，揭示宿主作物細胞在禾谷鐮孢侵染早期的動態(tài)轉(zhuǎn)錄組；分析其免疫應答與作物細胞本身能量、物質(zhì)代謝途徑交叉互作的結(jié)點/關(guān)鍵分子；通過轉(zhuǎn)錄組學方法篩選活性 EPS 寡聚體誘導表達的宿主植物基因。6. 進行抗病 TGS 目標蛋白作用關(guān)鍵靶基因篩選、及其 DNA 的作用模式分析、同時進行病毒侵染關(guān)鍵靶基因表達譜改變分析；探索病毒侵染對水稻包括 miRNA 在內(nèi)的內(nèi)源 RNAs 表達的影響。7. 利用生物信息學方法對 Xoo 侵染水稻獲得的小 RNA 進行分類，預測小RNA 的靶基因；mRNA 表達譜分析。8. 鑒定及獲得帶有乙烯耐受基因的抗性水稻株系；分析在阻斷乙烯反應后對稻瘟病菌的抗病變化。鑒定及獲得組成性乙烯反應的水稻材料株系；分析在組成性乙烯發(fā)育水稻株系中，具有抗性或是具有感病性水稻對病原菌侵染的反應及病斑程度。利用microarray 等技術(shù)，分析 OsNPR1 基1. 再分離鑒定 PTI 途徑基因 1-2 個及ETI 途徑基因 1-2 個，并明確這些基因的功能。再克隆病原菌效應蛋白基因 1-2 個，并認識病原效應蛋白基因的功能，分離其植物體內(nèi)的靶標基因3-5 個；鑒定抗病蛋白復合體組份 2-3 個，明確植物 NB-LRR 類抗病蛋白分子間的相互作用及對其功能的影響；找到 bir1, snc1, snc2, snc4，mkk1 mkk2 的抑制子基因 3-4 個。2. 明確水稻 OsFLS2 對鞭毛蛋白的感知能力；獲得涉及 2 個基因的變量表達的突變體株系；構(gòu)建獲得 2 個水稻病原菌誘導表達的 cDNA 文庫。3. 初步定位 1-2 個 SAR 突變體；解析MEKK1 結(jié)合蛋白；初步建立鑒定Pigm 的抗病防衛(wèi)反應基礎(chǔ)信號網(wǎng)絡(luò)體系。4. 得到宿主作物細胞在禾谷鐮孢侵染早期的動態(tài)轉(zhuǎn)錄組；揭示其與作物細胞本身能量、物質(zhì)代謝途徑交叉互作的結(jié)點/關(guān)鍵分子。5. 明確病毒-參與抗性 TGS 目標蛋白-靶基因 DNA 甲基化的作用三者互作關(guān)系和調(diào)控模式；得到一整套針對水稻RNA 干擾途徑主要基因的穩(wěn)定的RNAi 突變體株系。6. 對 LPS 受體基因進行遺傳和物理定位；構(gòu)建候選 LPS 結(jié)合蛋白的水稻遺傳學研究株系。7. 分析乙烯反應被阻斷后對水稻抗病性的影響及相關(guān)表型變化。8. 鑒定與 RDV P2 蛋白互作的水稻蛋白并分析其可能的生化功能。9. 篩選并獲得水稻 OsNPR1 基因調(diào)控的信號途徑下游成分并對其進行遺傳分析。10. 完成 ROD 基因功能鑒定工作；完成水稻抗白葉枯病基因（QTL）的功能鑒定；獲得 Pigm/ROD 的 supprosser的穩(wěn)定突變；定位克隆一個抗銹病QTL；11. 分別獲得 4-10 個 xa5-Xa21-Pid2-Pid3 或 Yr10-Yr18-Yr36 陽性的轉(zhuǎn)基因株研究內(nèi)容 預 期目標因介導的 SAR 與生長素信號途徑等之間具有 cross-talk 功能的候選基因。9. ROD 基因功能的鑒定工作；水稻抗白葉枯病基因（QTL）的功能鑒定工作；新廣譜抗病基因（QTL）的定位工作；抗銹病 QTL 的定位工作；研究抗黃萎病相關(guān)基因。對上年度獲得的新型抗病等位基因（PID3、 Yr10、Yr18 和 Yr36 等） ，構(gòu)建自然表達載體并轉(zhuǎn)化到水稻或小麥中；小麥 EDR1 和 EDR2 同源基因的功能驗證。10. 分別將 xa5-Xa21-Pid2-Pid3 聚合載體和 Yr10-Yr18-Yr36 聚合載體導入水稻品種明恢系列或小麥品種濟麥等系列。11. 通過突變、剪切或重組，創(chuàng)建PID3、Yr10、Yr18 或 Yr36 基因的新型設(shè)計抗病基因；水稻 Pigm 與Pi9 基因重組位點的創(chuàng)建；繼續(xù)水稻xa5、Xa21 、Pid2 和 Pid3 基因的回交轉(zhuǎn)育；利用基因標記，繼續(xù)小麥Yr10、Yr18 和 Yr36 基因的回交轉(zhuǎn)育。系 4-10 個 。12. 創(chuàng)建 PID3、Yr10 、Yr18 或 Yr36 基因的新型設(shè)計抗病基因 2-5 個。13. 篩選 5 萬個 F2 個體，獲得 Pigm 和Pi9 重組的 F2 單株 2-3 株。14. 發(fā)表 SCI 文章 10-12 篇。15. 申請專利 7-8 個。第三年1. PTI 通路新基因的生化和分子生物學分析；PRR 受體蛋白互作蛋白的功能鑒定。2. Xoo 鞭毛蛋白/解毒蛋白的糖基化分析及表型分析；效應蛋白靶蛋白的分離鑒定；抗病蛋白互作蛋白的篩選；抗病基因和無毒基因互作的分子機制研究。3. 對 bir1, snc1, snc2, snc4, mkk1 mkk2這 5 個突變體做進一步的抑制子篩選，克隆更多的基因；利用圖位克隆和全基因組測序技術(shù)篩選到 SAR 突變體的突變位點；MEKK1 結(jié)合蛋白及 FLS2 介導的磷酸化蛋白的功能驗證; 水稻 MAPK 突變體，RNAi 植株純合及抗病分析。4. 利用圖位克隆的方法鑒定 spi 基因。1. 認識 PTI 途徑相關(guān)基因編碼蛋白的生化和分子生物學特性；明確 ETI 途徑相關(guān)基因編碼的抗病蛋白的生理生化特性；明確病原菌效應蛋白靶標基因的功能及分子特性。2. 克隆 1-2 個新的 bir1, snc1, snc2, 等的抑制子基因。3. 明確 1-2 個 RLKs、 WRKYs 或 ERFs 在水稻抗病性中的作用；篩選獲得一批與 RLK、WRKY 或 ERF 互作的候選蛋白；初步確定 PTI 中受調(diào)控的基因。4. 確定 1-2 個 SAR 突變體的突變位點；解析連接 MEKK1 與 PRR 受體 FLS2 的蛋白組份。5. 克隆到 1 個 Pigm 的抑制子 spi。6. 明確 3-5 個在宿主作物-禾谷鐮孢互作中起作用的重要基因；初步揭示活研究內(nèi)容 預 期目標分析 LPS 結(jié)合蛋白和 LPS 受體在病原識別和植株發(fā)育過程中的功能。5. 綜合運用各種生物手段具體研究禾谷鐮孢應答基因在植病互作中起重要作用；用不同的 EPS 寡聚體處理宿主植物，接種病源菌，觀察其侵染能力的變化。6. 構(gòu)建關(guān)鍵靶基因過表達和敲除突變體，并進行病毒侵染性的分析；研究水稻RNA 干擾途徑對病毒侵染的抵抗作用；實驗驗證小 RNA 與潛在靶標的調(diào)控關(guān)系；在水稻 dcl4 突變體中受Xoo 誘導的水稻小 RNA 的表達是否依賴 dcl4 基因。7. 利用 RNAi 和過表達方法對 SA 與生長素途徑之間具有重要作用的基因進行分析，闡明其遺傳學功能。8. 繼續(xù) ROD 基因研究工作；水稻抗白葉枯病基因（QTL）的功能鑒定，克隆 2 個新的廣譜抗病基因（QTL） ；Pigm/ROD 的 supprosser 突變基因的定位工作；新的抗銹病 QTL 的定位；繼續(xù)克隆抗黃萎病相關(guān)基因。利用攜帶新型等位基因（PID3、Yr10 、Yr18 和 Yr36 等）的轉(zhuǎn)基因植株，確定轉(zhuǎn)基因在受體基因組的整合和表達模式；小麥 EDR1 和 EDR2 同源基因 的功能驗證。9. 評價 xa5-Xa21-Pid2-Pid3 聚合載體對水稻白葉枯病和稻瘟病的抗性特征；評價 Yr10-Yr18-Yr36 聚合載體對小麥條銹病的抗性特征。利用突變、剪切或重組等手段獲得的新型PID3、Yr10、Yr18 或 Yr36 基因，構(gòu)建各自的自然表達載體并轉(zhuǎn)化到水稻品種明恢系列或小麥品種濟麥等系列；水稻 Pigm9 新位點的功能評價。10. 利用基因標記，繼續(xù)水稻xa5、Xa21 、Pid2 和 Pid3 基因的回交轉(zhuǎn)育。11. 利用基因標記，繼續(xù)小麥Yr10、Yr18 和 Yr36 基因的回交轉(zhuǎn)育。性 EPS 寡聚體對宿主植物抵抗病源菌入侵的作用；明確靶基因?qū)Σ《厩秩镜膽鹦?，及其參與的抗性途徑機制和調(diào)控作用。7. 找出參與抗病毒的水稻關(guān)鍵的 RNA干擾途徑的主要組份；明確候選小RNA 的靶標基因，及 Xoo 誘導的水稻小 RNA 是否依賴 RNA 沉默途徑。8. 分析候選水稻 LPS 受體及結(jié)合蛋白的功能及在病原識別和發(fā)育調(diào)控中的分子功能。9. 對乙烯途徑與水稻抗稻瘟病反應中的關(guān)鍵基因進行功能分析。10. 研究 P2 蛋白影響 GA 合成途徑的關(guān)鍵因子及影響機制。11. 分析 OsNPR1 介導的 SA 與生長素途徑之間的 crosstalk 及關(guān)鍵因子功能；發(fā)表關(guān)于 ROD 基因研究工作的論文；發(fā)表水稻抗白葉枯病基因（QTL ）功能相關(guān)的論文；克隆 2 個新的廣譜抗病基因（QTL） ；克隆至少一個Pigm/ROD 的 supprosser 突變基因；克隆一個新的抗銹病 QTL。12. 確定 EDR1 和 EDR2 轉(zhuǎn)基因在受體基因組的整合和表達模式；獲得具有新型抗性特征的基因 1-2 個；確定多基因聚合載體在受體基因組的整合和表達模式； 確定多基因聚合載體賦予受體植株的抗病特征。13. 篩選 5 萬個 F2 個體，獲得 Pigm 和Pi9 重組的 F2 單株 2-3 株；獲得Pigm9 位點純合的單株 2-3 個。14. 發(fā)表 SCI 收錄論文 18-24 篇。15. 申請專利 10-12 項。研究內(nèi)容 預 期目標第四年1. PTI 通路新基因在植物抗病途徑信號傳導途徑中作用及位置分析；PRR受體蛋白互作蛋白下游信號通路研究。2. Xoo 鞭毛蛋白/解毒蛋白作用及機制分析；效應蛋白靶蛋白的功能分析；抗病蛋白互作蛋白的功能鑒定及分子生物學研究；抗病基因和無毒基因互作的分子機制研究。3. 熒光互補與免疫共沉淀研究 PTI 基因網(wǎng)絡(luò)中至少 2 個蛋白間的相互作用；構(gòu)建從酵母雙雜交或免疫沉淀篩選到PTI 基因網(wǎng)絡(luò)中的重要組分的過量表達與 RNAi 轉(zhuǎn)基因植株，人工接種鑒定其抗病性。4. 利用酵母雙雜及免疫共沉淀技術(shù)，尋找其他參與 R 蛋白下游傳導的蛋白及其他參與 SAR 下游傳導的蛋白；深入解析 MEKK1 結(jié)合蛋白、FLS2 介導的磷酸化蛋白的功能。水稻 MAPK上下游蛋白元件分析。5. 從蛋白生化反面分析 Pigm 與OsSGT1，BBI1，OsRAR1，OsNPR1 是否存在互作，結(jié)合遺傳的數(shù)據(jù)，建立Pigm 的基礎(chǔ)抗病防衛(wèi)反應網(wǎng)絡(luò)。6. 采用激光顯微切割，基因組芯片等，揭示宿主作物細胞在活體/半活體病原侵染早期的動態(tài)轉(zhuǎn)錄組；通過分離、純化獲得活性寡聚體；應用分離到的1. 明確 PTI 途徑相關(guān)基因在植物 PTI 信號傳導途徑中的位置及作用；明確ETI 途徑相關(guān)基因編碼的抗病蛋白的下游靶標基因，確定其在 ETI 信號傳導途徑中的作用；確定病原菌效應蛋白靶標基因的識別機制及其激活下游信號傳導的途徑及機制；確定植物抗病蛋白抗病復合的組分，明確植物抗病蛋白的作用機制及信號傳導機制；確定 R 蛋白下游傳導的蛋白與已知蛋白的關(guān)系；明確水稻 PTI 途徑中至少 2 個關(guān)鍵組分間的互作關(guān)系；明確至少一個 PTI 中關(guān)鍵組分在植物免疫中的功能。2. 找到 SAR 信號通路相關(guān)分子；確定新蛋白與已知蛋白的關(guān)系；闡明一個完整的參與抗病的 MAPK 蛋白激酶級聯(lián)。3. 篩選驗證 Pigm 互作蛋白。4. 得到宿主作物細胞在活體/ 半活體病原侵染早期的動態(tài)轉(zhuǎn)錄組；建立體外酶促產(chǎn)生苜蓿根瘤菌 EPS 胞外寡聚體的技術(shù)方法。5. 明確病毒侵染改變靶基因 siRNA 和DNA 甲基化是病毒干擾表觀遺傳途徑的作用結(jié)果。6. 獲得具有潛在育種前景的水稻材料或株系 2-3 個。7. 闡明 LPS 受體及結(jié)合蛋白作用的功能機制，建立病原識別及生長發(fā)育調(diào)研究內(nèi)容 預 期目標活性 EPS 寡聚體處理擬南芥，接種丁香假單胞菌。7. 進行病毒侵染前后靶基因相關(guān) siRNA northern blot、測序檢測；靶基因DNA 甲基化測序、Southern blot 檢測和信息學分析；和上述在目標突變體的研究結(jié)果相比較，研究突變體和病毒侵染對靶基因甲基化改變的相關(guān)性；根據(jù)第 1-3 年的研究結(jié)果進一步研究RNA 干擾的作用機理及其在抗病毒中的作用；利用過表達人工 miRNA 等轉(zhuǎn)基因方法對 2-3 個水稻小 RNA 介導的抗病反應進行驗證。8. 闡明 LPS 結(jié)合蛋白和 LPS 受體的信號轉(zhuǎn)導途徑及其與細菌表面分子相互作用的功能機制，建立病原信號識別與發(fā)育之間的聯(lián)系途徑；鑒定及獲得上述轉(zhuǎn)基因水稻株系，分析其對病原菌抗病或是感病的變化，對上述水稻材料分別進行乙烯和 MCP 處理，揭示在該相關(guān)基因表達背景下，乙烯與MCP 的作用對于感病過程是否依然重要。9. 闡明病毒侵染與植物 GA 信號途徑之間的分子互作關(guān)系。10. 利用轉(zhuǎn)基因手段對抗病及激素 cross-talk 通路進行設(shè)計和改造，培育既增強抗性，又不影響生長發(fā)育的水稻株系；完成 2 個水稻抗白葉枯病基因（QTL）的工作；新廣譜抗病基因（QTL）的功能鑒定工作；Pigm/ROD的 supprosser 突變的功能鑒定工作；完成抗銹病 QTL 研究；抗黃萎病相關(guān)基因的研究。11. 在課題執(zhí)行過程中發(fā)掘或創(chuàng)建的新型抗病基因，包括等位基因（PID3、Yr10 、Yr18 和 Yr36 等） 、同源基因（EDR1 和 EDR2） 、和新型抗病位點（Pigm9）等，開展有關(guān)基因之間的聚合轉(zhuǎn)化和分子標記聚合育種，結(jié)合抗病評價，獲得高抗水稻稻瘟病、小麥條銹病或小麥白粉病的株系；水稻 Pigm9 新位點的功能評控之間的功能聯(lián)系。8. 進一步闡明乙烯在水稻抗稻瘟病中的功能及與產(chǎn)量性狀之間的關(guān)系。9. 闡明病毒侵染與植物 GA 信號途徑之間的分子互作關(guān)系；對水稻 SA 途徑及生長素途徑之間發(fā)揮重要作用的信號基因及蛋白進行功能機制分析；發(fā)表水稻抗白葉枯病基因（QTL）的相關(guān)論文；完成新廣譜抗病基因（QTL）的功能鑒定；完成Pigm/ROD 的 suppross er 突變的功能鑒定；發(fā)表抗銹病 QTL 研究的相關(guān)論文。10. 設(shè)計另外兩套多基因聚合轉(zhuǎn)化或分子標記聚合育種的模式；獲得高抗水稻稻瘟病、小麥條銹病或小麥白粉病的株系 5-10 個；獲得新的 Pigm9 抗病位點 2-3 個；用以改良感病高產(chǎn)水稻品種 10 個。11. 確定多基因轉(zhuǎn)化的聚合表達對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀的影響；確定新型設(shè)計基因在受體基因組的整合和表達模式；獲得具有新型抗性特征的設(shè)計基因 1-3 個。12. 獲得同時攜帶 xa5、Xa21、Pid2 和Pid3 基因的水稻雜合種子。13. 獲得同時攜帶 Yr10、Yr18 和 Yr36 基因的小麥雜合種子。14. 發(fā)表 SCI 收錄論文 20-24 篇。15. 申請專利 8-10 項。研究內(nèi)容 預 期目標價及應用。 12. 利用攜帶 xa5-Xa21-Pid2-Pid3 或Yr10-Yr18-Yr36 聚合載體并呈現(xiàn)新型抗病特征的轉(zhuǎn)基因植株，綜合評價多基因的聚合表達對受體產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀的影響。13. 利用攜帶新型設(shè)計基因（PID3、 YR10、 YR18 或 YR36）的轉(zhuǎn)基因植株， 確定轉(zhuǎn)基因在受體基因組的整合和表達模式，開展對水稻抗病病或小麥抗病評價。14. 利用基因標記，開展水稻回交轉(zhuǎn)育過程的四親本雙交（具有相同回交親本的個體之間） ，獲得同時攜帶xa5、Xa21、Pid2 和 Pid3 基因的雜合種子。15. 開展小麥回交轉(zhuǎn)育過程的三親本雙交（具有相同回交親本的個體之間） ，獲得同時攜帶 Yr10、Yr18 和 Yr36 基因的雜合種子。第五年1. 構(gòu)建植物 PTI 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；明確 PRR受體蛋白及互作蛋白的信號傳導途徑。2. 明確 Xoo 鞭毛蛋白/解毒蛋白的作用機理；明確抗病蛋白識別效應蛋白并激活下游信號傳導通路的機制；明確抗病蛋白抗病復合體的作用機制及下游信號傳導機制；解析抗病基因和無毒基因互作的分子機制。3. 利用遺傳學分析把篩選到的基因和已知基因做上下位分析，把基因放在信號通路的特定結(jié)點上。初步建立 R蛋白介導的病原菌免疫反應的信號網(wǎng)絡(luò)。鑒定至少 1 個轉(zhuǎn)錄因子的順式元件，驗證功能；定點突變與區(qū)域置換研究受體蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；評價所研究的基因資源在植物抗病育種中的應用價值。4. 通過生物化學手段闡明 SAR 過程中重要組分的生化功能；研究 FLS2 下游的信號傳遞元件在其它不同 PAMP識別中的作用。水稻 MAPK 上下游蛋白元件分析。5. 構(gòu)建 spi 的超表達，分析其抗病功能。6. 腐生病原菌同活體寄生病原菌的免疫1. 建立植物 PTI 信號傳導通路；建立作物 ETI 模式系統(tǒng)；明確植物 PTI 與ETI 途徑間的交互作用。2. 確定篩選到的抑制子的通路定位；鑒定一個轉(zhuǎn)錄因子的順式元件；初步了解受體蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)；確定以上所研究基因在育種中的應用價值；確定 SAR 過程中重要組分的生化功能；建立 spi 調(diào)控 Pigm 的信號轉(zhuǎn)導模型。3. 提出綜合改善植物抗病性的新思路和方法。4. 在新的層面明確病毒和寄主互作機制；和表觀遺傳調(diào)控途徑的抗病新機制；期望獲得抗 12 個流行水稻病毒的轉(zhuǎn)基因株系；明確水稻 RNA 沉默參與抗細菌的新功能。5. 建立水稻抗病性與激素調(diào)控途徑之間相互關(guān)系的基本理論框架。6. 創(chuàng)制高抗水稻白葉枯病、稻瘟病或小麥條銹病，產(chǎn)量和品質(zhì)性狀優(yōu)良的新種質(zhì) 5-10 份。7. 獲得 Pigm9 改良的水稻高抗高產(chǎn)優(yōu)良品系 23 個。8. 明確多基因聚合轉(zhuǎn)化對抗病、產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀的影響；創(chuàng)制高抗高產(chǎn)優(yōu)研究內(nèi)容 預 期目標反應比較，鑒定共同的節(jié)點基因。7. 通過轉(zhuǎn)錄組學方法篩選活性 EPS 寡聚體誘導表達的擬南芥基因。8. 提出病毒干擾植物表觀遺傳途徑的作用機理，和作用模式，及水稻參與抗病表觀遺傳機制；探討 Xoo 參與水稻 RNA 沉默的分子機制。9. 繼續(xù)完成有關(guān)廣譜抗病基因的工作；重點于廣譜抗病品種的育種應用；繼續(xù)開展有關(guān)抗病基因之間的聚合轉(zhuǎn)化和分子標記聚合育種，結(jié)合抗病評價，獲得高抗稻瘟病、小麥條銹病等病害的株系，同時考察高抗聚合株系產(chǎn)量和品質(zhì)等重要性狀；水稻 Pigm9 新位點的應用：考查 Pigm9 改良株系新品系的田間性狀。10. 對于攜帶 xa5-Xa21-Pid2-Pid3 或 Yr10-Yr18-Yr36 聚合載體的轉(zhuǎn)基因水稻或小麥，繼續(xù)評價多基因的聚合表達對植株抗病、產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀的影響；創(chuàng)制高抗高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水稻和小麥新種質(zhì)。11. 獲得在相同回交親本背景下攜帶純合xa5、Xa21 、Pid2 和 Pid3 基因的水稻株系，開展抗病特征分析以及對產(chǎn)量和品質(zhì)等重要性狀的評價；并用以創(chuàng)制高抗水稻白葉枯病和稻瘟病的新種質(zhì)。12. 獲得在相同回交親本背景下攜帶純合Yr10、Yr18 和 Yr36 基因的小麥株系，開展抗病特征分析以及對產(chǎn)量和品質(zhì)等重要性狀的評價；并用以創(chuàng)制高抗小麥條銹病的新種質(zhì)。13. 根據(jù)情況整理上述工作結(jié)果，完成補充實驗，準備論文發(fā)表和課題結(jié)題報告。質(zhì)的水稻和小麥新種質(zhì) 10-15 份。9. 闡明 xa5、 Xa21、Pid2 和 Pid3 基因雜交聚合賦予受體水稻的抗病特征及其對產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀的影響；創(chuàng)制高抗水稻白葉枯病和稻瘟病的新種質(zhì)10-15 份；闡明 Yr10、Yr18 和 Yr36 基因雜交聚合賦予受體小麥的抗病特征及其對產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀的影響；創(chuàng)制高抗小麥條銹病的新種質(zhì) 10-15份；初步建成水稻和小麥抗病分子設(shè)計模式體系。10. 發(fā)表 SCI 文章 24-26 篇。11. 申請專利 6-8 個，授權(quán) 2-3 個。12. 獲省部級科研成果 1-2 項。13. 完成項目結(jié)題報告。一、研究內(nèi)容本項目包括以下 6 個主要研究內(nèi)容：（1）植物對病原菌的識別機制和新模式的建立；（2) 植物免疫的信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；（ 3）植物免疫的表觀遺傳（epigentics）調(diào)控與新體系的建立；（4) 植物免疫激素途徑和抗病性與作物產(chǎn)量性狀的關(guān)系；（5）作物廣譜和持久抗性的遺傳與分子基礎(chǔ)；（6）作物抗病分子設(shè)計模式體系。1. 植物對病原菌的識別機制和新模式的建立（1）作物對病原菌非?；宰R別及其模式體系（PTI）采用正向和反向遺傳學結(jié)合生物化學、組學等方法，鑒定和分離重要作物（水稻、麥類作物）對重要細菌和真菌病害病原相關(guān)分子模式（PAMP）的識別受體，如識別脂多糖（LPS ） 、鞭毛蛋白（flagellin）的受體，分析作物中這類受體識別對應 PAMP 分子的分子機制、激活基礎(chǔ)抗性的特點，并探討在重要作物生產(chǎn)中如何應用這類表面免疫受體及基礎(chǔ)抗性的可能途徑。（2）作物對病原菌專化性識別的機制及其模式體系（ETI）在深化模式植物擬南芥對細菌效應因子（如 AvrPto, AvrPtoB）識別的研究基礎(chǔ)上，從兩方面開展研究：1）闡明重要作物與重要病害的互作模式系統(tǒng)（如水稻-稻瘟菌和白葉枯??；麥類-銹病和白粉?。┲凶魑飳χ匾『；R別的機制，包括抗病蛋白對不同病原（包括不同菌系和小種群）效應因子（如來源于 M. oryzae, Xoo, Bgh 的效應蛋白）的直接或間接的識別機制、以及效應蛋白在作物內(nèi)靶標分子的鑒定；2）深入開展作物新型抗病基因的分離，特別加強對已克隆基因編碼的抗病蛋白識別復合物的鑒定，并研究這些抗病蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、抗病功能的調(diào)節(jié)。（3）植物非?；悦庖撸≒TI ）與?；悦庖撸‥TI）交互作用（cross-talk）以成熟的擬南芥研究模式為主，解析 PTI 與 ETI 新的交互作用。并以此為基礎(chǔ)，解答作物?；c非?；剐缘幕プ鞴?jié)點。2. 植物免疫的信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究 MAPK 的免疫信號網(wǎng)絡(luò)及其對防衛(wèi)基因的激活，并解析水稻MAPK 調(diào)控免疫反應的機制和上下游元件，以及在植物中是否存在連接 MAPK與 R 受體的組份。分離并闡明新的重要的 SAR 調(diào)控因子如 SARD（SAR Defective）基因家族。 鑒定與 R 蛋白(TIR-NB-LRR，CC-NB-LRR)受體互作的蛋白因子及其在植物免疫（?；钥共。┲械淖饔?。系統(tǒng)研究腐生菌（小麥赤霉病菌）細胞水平誘導的寄主基因網(wǎng)絡(luò)，并同活體寄生病原菌（銹?。┑拿庖叻磻容^，找到共同的重要節(jié)點基因，研究它們的廣譜抗病功能。3. 植物免疫的表觀遺傳調(diào)控與新體系的建立研究植物由 RNA 沉默介導的表觀遺傳機制在植物抗病免疫中的應答模式。深入研究擬南芥 TGS 途徑參與對病原的應答，開展水稻的抗病毒 RNA 沉默研究，研究病毒侵染對水稻 sRNAs 表達的影響，鑒定水稻參與抗病毒的關(guān)鍵的 RNA 干擾途徑。研究植物 RNA 沉默途徑在水稻對白葉枯病抗性中的作用機制，通過分析大規(guī)模測序技術(shù)得到水稻 sRNAs 表達譜，尋找目標 sRNAs 靶標，研究它們?nèi)绾螀⑴c植物 RNA 沉默或 R 基因介導的抗性免疫途徑。在農(nóng)作物抗病的理論和實踐上取得重大突破。4. 植物免疫激素途徑和抗病性與作物產(chǎn)量性狀的關(guān)系通過以激素信號為基礎(chǔ)的抗性途徑對植物發(fā)育（產(chǎn)量）的影響，為作物抗病高產(chǎn)的分子設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。尋找并功能鑒定 SA 生物合成的調(diào)控因子。以水稻為模式，研究作物抗病性對產(chǎn)量性狀影響的機制：重點研究乙烯的發(fā)育途徑如何參與對病害（稻瘟病）的抗性及其機制；研究水稻病毒病（RDV 和RBSDV）侵染導致株高矮化的分子機理；研究水稻 SAR 基因 OsNPR1 調(diào)控生長素發(fā)育途徑從而調(diào)節(jié)水稻產(chǎn)量性狀的分子機制，并由此建立利用 OsNPR1 進行抗病分子設(shè)計