论文部分内容阅读
[摘要]Mi基因对当前的许多番茄品种上的几种根结线虫具有抗性。目前，这个基因的克隆显示它编码植物抗性蛋白家族的成员。经分析核苷酸结合位点和富于亮氨酸重复区域的特征，发现Mi对马铃薯蚜虫和粉虱也有抗性。尽管Mi对主要的几种线虫有抗性，但是在土温高的时候会丧失抗性。随着人们对～Ⅱ的特性和结构的日益了解，更多的新的抗性基因的发现，抗性来源在番茄和其他作物上的得到更大的发展。
[关键词]Mi；根结线虫；研究进展
中图分类号：S641.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0236-01
前言
根结线虫（Meloidogyne Spp）隶属于线虫门（Nemata），侧尾腺口纲（Secernentea），垫刃目（Tylenchida），异皮科（Heteroderidae），根结亚科（Meloidogyninae）。它是世界性分布的威胁农业生产的重要病原物。它的适应范围广、危害严重、寄主范围达3000多种植物、传播途径多、种类繁多，是植物一种极难防治的土传性病害。目前国际已经报道的根结线虫有80多種。我国报道的根结线虫有25种，广泛地危害我国许多粮食和经济作物，如水稻、花生、香蕉、柑桔、烟草、甘薯、大豆、棉花、西瓜、马铃薯、果树及中药材等。还严重危害我国南方露地和北方保护地大棚的蔬菜，如番茄、黄瓜、丝瓜、茄子、辣椒等，一般每年引起产量损失达10%～15%，严重时损失达30%～40%，甚至绝产。
防治根结线虫的策略主要有化学药剂，利用抗病品种，实施轮作，建立无病种苗基地和进出口检疫。化学防治因其潜在的环境污染和人们环保意识的增强，其使用受到严重的限制。因此，从生态效益，社会效益，经济效益出发，利用抗病品种已经成为防治根结线虫最好的选择。目前最有效的还是番茄的Mi基因。许多具有单显性基因Mi的番茄品种可以抑制三种主要的根结线虫：南方根结线虫（M.incogrlia），花生根结线虫（M.arenaria），爪哇根结线虫（M.javanica）的生殖。而这个基因的名字也是由南方根结线虫（M。incogn～ta）得来的。Mi基因最初是从野生番茄品种（Lycopemicon peruvianum）上克隆得到的。Mi介导的抗性表现型是线虫侵入点附近的根细胞发生过敏反应，形成坏死斑，从而阻止线虫取食。目前，国外抗线虫的番茄栽培品种大多含Mi基因，我国起步比较慢，也正在对这一方面开展研究。
1、Mi基因的分离和克隆
Mi基因是通过种间杂交胚胎挽救法从野生种（Lycoperisicon peruvianum）导入栽培番茄种（Lycopensicon esculentum）中。Mi基因是单个显性或半显性的抗性基因，尽管人们很早就发现了Mi基因的存在并筛选出了许多与Mi基因相连锁的分子标记，但由于在Mi基因周围常常发生重组的阻碍作用，严重地影响着Mi基因的定位及克隆。
2、Mi基因与其他高等植物抗病基因的关系
Mi-1.2基因与克隆的Prf因相似程度最高，Prf是抗丁香假单胞杆菌番茄致病型（Pseudomonas syringae.Pv.tomato）的基因，Mi-1.2基因与Prf基因享有一些共同的结构基序，包括一个核苷酸的结合位点（nucleotide binding site，NBS）和一个富亮氨酸重复区域（leucine-rich repeat region，LRR），这些基序是抗病毒、抗真菌、抗细菌以及抗线虫基因共同的特征。
3、Mi基因与抗蚜虫Meu-1基因的关系
以前曾在番茄中观察到对马铃薯蚜虫（Macrosiphum euphorbiae）的抗性，并命名了1个新基因Meu-1。该基因与抗线虫的M堪因紧密连锁，最近进行的Mi克隆试验确定了这两个基因的相关性。Rossi等（1998）研究表明，Mi基因能在番茄叶片中表达，对蚜虫的抗性是株系转化性，用Mi转化的感病番茄对1个蚜虫株系表现抗性。因此，Rossi等（1998）认为Mi和Meu-1是同1个基因，Mi介导了对蚜虫和线虫的抗性。但马铃薯蚜虫和根结线虫是两种属于不同分类单元的生物，他们的亲缘关系很远，目前还不知道在两种生物中影响抗性的机制是否相同。Mi是首例对亲缘关系很远的两种生物都表现抗性的基因。
4、野生番茄种质中新的抗根结线虫基因
在番茄中，Mi位点代表的抗性是目前睢一被鉴定和利用的抗性。对抗性遗传背景广泛性的需要促使人们尝试从野生番茄品种筛选新的抗根结线虫基因，尝试从野生番茄品种中寻找新的抗源，并寻求具有高温抗性、对北方根结线虫有抗性和对打破Mi抗性的致病性群体也有抗性的新基因类型。从测试的Lycopemicon种中，发现只有一些来源于野生番茄复合种而与Mi抗源不同的附加系，拥有各种新的抗根结线虫基因。目前国际上在番茄中发现了&个另外的抗根结线虫基因，原来的Mitg性位点表示为Mi-1，新发现的抗性基因分别称作为Mi-2，Mi-3，Mi-4，Mi-5，Mi-6，Mi-7，Mi-8，Mi-9。Mi-1被定位在番茄的第6染色体上，单个的显性位点Mi-3对南方根结线虫的毒性群体表现抗性，它被定位在12染色体的远端，与热稳定性抗南方根结线虫基因Mi 5紧密连锁。此外还发现Mi-2与Mi-8连锁、Mi-6与Mi-7连锁。Mi-2，Mi-4，Mi-5和Mi-6基因耐高温，在土壤温度达到32℃条件下，还维持对南方根结线虫的抗性，而Mi-7和Mi-8在25℃条件下，对Mi基因有毒性的南方根结线虫群体表现抗性，这些抗性基因为番茄抗根结线虫的育种提供了丰富的遗传资源。新的抗源基因的相互关系需要进一步的研究，他们中的一些可能是等位基因。目前新基因对根结线虫的抗性机制还没有研究，也不清楚新基因的抗性是否与过敏性反应有关。
5、问题与展望
最近几年，对于改进番茄和其他作物对根结线虫的抗性有重大突破。番茄的～Ⅱ基因对三种主要的根结线虫具有抗性，Mi克隆的有效性将使得这一基因转入其他作物成为可能，更长远的发展它的作用。然而，Mi基因并不能解决所有根结线虫的危害问题，它并不能对所有品种的根结线虫具有抗性。另外，Mi在高温条件下无作用仍旧是田间应用的一大难题。克隆基因的体外调节可能提高Mi防止根结线虫的范围。例如，由于Mi的结构，表达或转导信号的调节，可能会提高对M.hapla的抗性或者降低温度敏感性。随着技术的发展，这些基因直接从野生品种上克隆将会比转化基因到优质品种或者其它种系更快。种质的研究需要去鉴定更多的新的抗性资源。
[关键词]Mi；根结线虫；研究进展
中图分类号：S641.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0236-01
前言
根结线虫（Meloidogyne Spp）隶属于线虫门（Nemata），侧尾腺口纲（Secernentea），垫刃目（Tylenchida），异皮科（Heteroderidae），根结亚科（Meloidogyninae）。它是世界性分布的威胁农业生产的重要病原物。它的适应范围广、危害严重、寄主范围达3000多种植物、传播途径多、种类繁多，是植物一种极难防治的土传性病害。目前国际已经报道的根结线虫有80多種。我国报道的根结线虫有25种，广泛地危害我国许多粮食和经济作物，如水稻、花生、香蕉、柑桔、烟草、甘薯、大豆、棉花、西瓜、马铃薯、果树及中药材等。还严重危害我国南方露地和北方保护地大棚的蔬菜，如番茄、黄瓜、丝瓜、茄子、辣椒等，一般每年引起产量损失达10%～15%，严重时损失达30%～40%，甚至绝产。
防治根结线虫的策略主要有化学药剂，利用抗病品种，实施轮作，建立无病种苗基地和进出口检疫。化学防治因其潜在的环境污染和人们环保意识的增强，其使用受到严重的限制。因此，从生态效益，社会效益，经济效益出发，利用抗病品种已经成为防治根结线虫最好的选择。目前最有效的还是番茄的Mi基因。许多具有单显性基因Mi的番茄品种可以抑制三种主要的根结线虫：南方根结线虫（M.incogrlia），花生根结线虫（M.arenaria），爪哇根结线虫（M.javanica）的生殖。而这个基因的名字也是由南方根结线虫（M。incogn～ta）得来的。Mi基因最初是从野生番茄品种（Lycopemicon peruvianum）上克隆得到的。Mi介导的抗性表现型是线虫侵入点附近的根细胞发生过敏反应，形成坏死斑，从而阻止线虫取食。目前，国外抗线虫的番茄栽培品种大多含Mi基因，我国起步比较慢，也正在对这一方面开展研究。
1、Mi基因的分离和克隆
Mi基因是通过种间杂交胚胎挽救法从野生种（Lycoperisicon peruvianum）导入栽培番茄种（Lycopensicon esculentum）中。Mi基因是单个显性或半显性的抗性基因，尽管人们很早就发现了Mi基因的存在并筛选出了许多与Mi基因相连锁的分子标记，但由于在Mi基因周围常常发生重组的阻碍作用，严重地影响着Mi基因的定位及克隆。
2、Mi基因与其他高等植物抗病基因的关系
Mi-1.2基因与克隆的Prf因相似程度最高，Prf是抗丁香假单胞杆菌番茄致病型（Pseudomonas syringae.Pv.tomato）的基因，Mi-1.2基因与Prf基因享有一些共同的结构基序，包括一个核苷酸的结合位点（nucleotide binding site，NBS）和一个富亮氨酸重复区域（leucine-rich repeat region，LRR），这些基序是抗病毒、抗真菌、抗细菌以及抗线虫基因共同的特征。
3、Mi基因与抗蚜虫Meu-1基因的关系
以前曾在番茄中观察到对马铃薯蚜虫（Macrosiphum euphorbiae）的抗性，并命名了1个新基因Meu-1。该基因与抗线虫的M堪因紧密连锁，最近进行的Mi克隆试验确定了这两个基因的相关性。Rossi等（1998）研究表明，Mi基因能在番茄叶片中表达，对蚜虫的抗性是株系转化性，用Mi转化的感病番茄对1个蚜虫株系表现抗性。因此，Rossi等（1998）认为Mi和Meu-1是同1个基因，Mi介导了对蚜虫和线虫的抗性。但马铃薯蚜虫和根结线虫是两种属于不同分类单元的生物，他们的亲缘关系很远，目前还不知道在两种生物中影响抗性的机制是否相同。Mi是首例对亲缘关系很远的两种生物都表现抗性的基因。
4、野生番茄种质中新的抗根结线虫基因
在番茄中，Mi位点代表的抗性是目前睢一被鉴定和利用的抗性。对抗性遗传背景广泛性的需要促使人们尝试从野生番茄品种筛选新的抗根结线虫基因，尝试从野生番茄品种中寻找新的抗源，并寻求具有高温抗性、对北方根结线虫有抗性和对打破Mi抗性的致病性群体也有抗性的新基因类型。从测试的Lycopemicon种中，发现只有一些来源于野生番茄复合种而与Mi抗源不同的附加系，拥有各种新的抗根结线虫基因。目前国际上在番茄中发现了&个另外的抗根结线虫基因，原来的Mitg性位点表示为Mi-1，新发现的抗性基因分别称作为Mi-2，Mi-3，Mi-4，Mi-5，Mi-6，Mi-7，Mi-8，Mi-9。Mi-1被定位在番茄的第6染色体上，单个的显性位点Mi-3对南方根结线虫的毒性群体表现抗性，它被定位在12染色体的远端，与热稳定性抗南方根结线虫基因Mi 5紧密连锁。此外还发现Mi-2与Mi-8连锁、Mi-6与Mi-7连锁。Mi-2，Mi-4，Mi-5和Mi-6基因耐高温，在土壤温度达到32℃条件下，还维持对南方根结线虫的抗性，而Mi-7和Mi-8在25℃条件下，对Mi基因有毒性的南方根结线虫群体表现抗性，这些抗性基因为番茄抗根结线虫的育种提供了丰富的遗传资源。新的抗源基因的相互关系需要进一步的研究，他们中的一些可能是等位基因。目前新基因对根结线虫的抗性机制还没有研究，也不清楚新基因的抗性是否与过敏性反应有关。
5、问题与展望
最近几年，对于改进番茄和其他作物对根结线虫的抗性有重大突破。番茄的～Ⅱ基因对三种主要的根结线虫具有抗性，Mi克隆的有效性将使得这一基因转入其他作物成为可能，更长远的发展它的作用。然而，Mi基因并不能解决所有根结线虫的危害问题，它并不能对所有品种的根结线虫具有抗性。另外，Mi在高温条件下无作用仍旧是田间应用的一大难题。克隆基因的体外调节可能提高Mi防止根结线虫的范围。例如，由于Mi的结构，表达或转导信号的调节，可能会提高对M.hapla的抗性或者降低温度敏感性。随着技术的发展，这些基因直接从野生品种上克隆将会比转化基因到优质品种或者其它种系更快。种质的研究需要去鉴定更多的新的抗性资源。