禾本科植物NBS研究进展

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  摘 要:在本文中,主要介绍NBS型抗病基因的进展,NBS型抗病基因的共线性非常低。 原因可能是NBS抗性基因之一在进化过程中导致基因丢失;NBS抗病基因进化太快,这可能导致植物病害抗性基因的很大程度的遗传差异,NBS疾病抗性基因作为一个很大的基因,也是近几年植物病害抗性基因和分子育种研究热点。
  关键词:植物;禾本科;抗病基因;核苷酸结合位点
  中图分类号:S184 文献标识码:A DOI:10.11974/nyyjs.20171233036
  禾本科植物需要抵抗细菌,病毒,真菌等,可以起到保护自己的作用,有时还有其他动物攻击,禾本科植物又不能移动,所以不能逃脱,禾本科植物为了适应这种环境,有必要抵抗性基因侵袭,植物抗病基因在预防疾病和动物入侵中起着非常大的作用,也是产品的长期存活。NBS-LRR抗性基因是其编码蛋白质的特征之一,其特征在于含有对病毒,真菌,线虫,细菌和昆虫具有抗性的富含亮氨酸的重复序列(LRR)和核苷酸结合位点(NBS)的序列。
  1 NBS型抗病基因介绍
  抗病基因几乎属于NBS-LRR类型,在基因编码蛋白N端附近存在NBS结构域,又叫做NB-ARC结构域,其功能是结合和水解ATP。在近C端则由LRR结构域组成,能够对信号具有识别作用,有专家研究得出与病原无毒基因直接识别为LRR结构域[1]。通过与基因组对比,禾本科基因组估计约存在549个NBS-LRR基因,水稻基因组中约存在480个,杨树基因组中约存在300个。NBS-LRR类基因在植物所有基因中占有1%~2%,属于比较大的一类基因。NBS区域经常被广泛地用于植物抗病基因的识别和分类,该区域包含一些非常保守的基序[2]。
  2 NBS基因在禾本科植物基因组中的进化模式
  根据NBS前端的结构不一样,研究得出,NBS-LRR在植物中编码的基因(简称NBS-LRR基因)主要分为2类,TIR-NBS-LRR型基因,简称TNL型基因,编码的蛋白质在N末端含有TIR区域,TNL型基因可能参与信号转导并通过脂肪酶EDS1起到一定的作用。已发现的TNL基因主要存在于双子叶植物中[3,4]。
  3 NBS基因在禾本科植物中的快速进化
  R基因在植物病害抗性和病原体应答中起重要作用。一些专家已经表明,在4个禾本科植物的NBS-LRR基因中,R位点的核苷酸甚至从一个位点的进化仍然是显着的。其中,玉米基因组NBS-LRR基因甚少,对于水稻基因1/5,小于其他2个[5]。但玉米基因组(2,300Mb)明显大于高粱(730MB)(distachyon(350Mb),表明基因组总数和NBS(或NBS-LRR)不是直接相關基因的扩增,另外NBS在整个基因组中-RRR的总数和编码蛋白质的基因总数也不直接相关。玉米,高粱,短柄草和水稻基因组中已经测序了约32,504,35,899,32,25,37,544个基因。 NBS-LRR基因分别占4种预测蛋白的0.40%,0.68%,0.74%和1.35%,而LRK基因接近4种(0.65,0.65,0.61,0.82%)。这些结果表明,NBS编码的蛋白质数量与预测蛋白质数量成正比,玉米基因组中NBS-LRRs的绝对和相对数量明显低于其他2个物种[6]。
  4 展望
  根据目前抗病基因研究,一些专家认为,NBS-LRR抗病基因通过共同进化和分娩过程进化演变,抗病基因主要是这2种抗病机制。到目前为止,对单个物种进行了基因组水平的疾病抗性基因进化研究,还对水稻,高粱,小穗和玉米的4个基因进行了系统发育分析。并获得了禾本科植物抗病基因的进化特征。
  参考文献
  [1]金玲,金殿川,王莉,等.禾本科植物NBS-LRR型抗病基因的进化分析[J].分子植物育种,2015(11):2578-2583.
  [2]罗莎.禾本科中NBS-LRR类抗病基因的进化研究[D].华中农业大学,2012.
  [3]丁菁,NBS基因在禾本科植物基因组中的进化模式[D].南京大学,2012.
  [4]陈德西.抗稻瘟病基因pi-d2导入水稻提高稻瘟病抗性和一份条斑和颖花异常水稻突变体研究[D].四川农业大学,2007.
  [5]林勇翔.豆科和禾本科植物热激转录因子基因家族的分子进化研究[D].安徽农业大学,2013.
  [6]陈秋玲,高建明,罗峰,等.分子标记技术在禾本科作物基因定位上的研究进展[J].中国农学通报,2010(9):42-48.
  作者简介:梁媛(1990-),女,硕士在读,研究方向:植物进化生态学;戚晓利(1971-),女,黑龙江佳木斯人,教授,博士研究生,研究方向:生物化学与分子生物学。
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