國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目申報(bào)書-植物免疫機(jī)制與作物抗病分子設(shè)計(jì)的重大基礎(chǔ)理論

項(xiàng)目名稱：植物免疫機(jī)制與作物抗病分子設(shè)計(jì)的重大基礎(chǔ)理論首席科學(xué)家：何祖華 中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院起止年限：2011.1至2015.8依托部門：中國(guó)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)部二、預(yù)期目標(biāo)（一）項(xiàng)目總體目標(biāo)深入闡明重要糧食作物的免疫機(jī)理、建立我國(guó)主要農(nóng)作物重大病害抗病機(jī)制為模式的創(chuàng)新研究體系，結(jié)合我國(guó)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(jì)的理論與技術(shù)體系。本項(xiàng)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(biāo)、模式植物擬南芥的重要調(diào)控基因及其在作物中的相應(yīng)功能等，建立我國(guó)特色的分子植物病理學(xué)前沿理論研究模型，開辟植物免疫研究的國(guó)際前沿，前瞻性地布局國(guó)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(jī)制、作物廣譜持久抗病的分子遺傳機(jī)制、作物重要腐生?。ㄈ缂y枯病）的抗病性等方面獲得重大突破，并以此為基礎(chǔ)建立重要糧食作物抗病分子設(shè)計(jì)的重大基礎(chǔ)理論和技術(shù)體系。本項(xiàng)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(xiàn)，為作物抗病育種提供具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新策略、新技術(shù)和基因資源。本項(xiàng)目的實(shí)施將在高水平研究論文發(fā)表、專利申請(qǐng)和優(yōu)秀人才培養(yǎng)與團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面做出重大貢獻(xiàn)，大幅提高我國(guó)的農(nóng)業(yè)科學(xué)理論與技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，顯著增強(qiáng)我國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)自主創(chuàng)新的能力，為國(guó)家“轉(zhuǎn)基因新品種培育重大專項(xiàng)”的高效實(shí)施提供理論與技術(shù)體系的保障。（二）五年預(yù)期目標(biāo)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(jī)理既有相似性，但在抗病基因的結(jié)構(gòu)和功能、對(duì)病原菌PAMP和effector識(shí)別應(yīng)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(xiàng)目將立足于領(lǐng)域前沿與國(guó)家需求，分別把水稻和小麥的重要抗病系統(tǒng)的研究進(jìn)一步發(fā)展成為全面、成熟、具有國(guó)際前沿水平的植物抗病分子機(jī)理研究的模式體系；并初步建立對(duì)頑拗性腐生病原菌紋枯病（立枯絲核菌）和赤霉?。ê坦如犳撸┟庖哐芯康募夹g(shù)平臺(tái)與重要的抗病相關(guān)基因資源，全面揭示宿主農(nóng)作物對(duì)腐生性病原侵染的應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)和免疫機(jī)制，為分子植物病理學(xué)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(guó)際領(lǐng)先的研究新領(lǐng)域本項(xiàng)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(guó)際水平的研究成功，項(xiàng)目的實(shí)施將進(jìn)一步建立合作團(tuán)隊(duì)，凝練主攻方向，在植物ETI的新機(jī)制、ETI-PTI交互作用、新的SAR調(diào)控因子上建立國(guó)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(jī)制研究剛剛起步，若干重要問題亟待解決。本項(xiàng)目將利用相關(guān)課題組已經(jīng)建立的國(guó)際前沿植物RNA沉默及抗病毒分子機(jī)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(jī)制，系統(tǒng)研究植物中RNA沉默介導(dǎo)的表觀遺傳機(jī)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(duì)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(yīng)，在新的層面上認(rèn)識(shí)植物免疫的RNA沉默途徑的應(yīng)答機(jī)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(jī)制，建立學(xué)科交叉領(lǐng)域以水稻抗病反應(yīng)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(zhǎng)素發(fā)育途徑，從而調(diào)節(jié)水稻產(chǎn)量性狀的分子機(jī)制；闡明ET發(fā)育途徑參與水稻稻瘟病抗性的分子機(jī)理；闡明以水稻病毒?。≧DV和水RBSDV)侵染植物導(dǎo)致植物矮化的分子機(jī)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(xué)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(jī)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(duì)于全面理解作物與病原菌的相互作用及抗病機(jī)制是主要的限制因素。尤其是對(duì)廣譜持久抗病性的分子機(jī)制基本上是空白。此外，對(duì)于類似紋枯病這樣的水稻病害，其危害已越來越嚴(yán)重，但在水稻中迄今尚未鑒定有重要抗性的基因位點(diǎn)。本項(xiàng)目將系統(tǒng)克隆30-50個(gè)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(jī)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)中所承擔(dān)的功能，提出植物廣譜持久抗病性遺傳與分子機(jī)理的模型，也為接續(xù)的分子設(shè)計(jì)育種奠定基礎(chǔ)。6. 創(chuàng)立并實(shí)踐作物抗病分子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論與技術(shù)體系本項(xiàng)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(jì)育種的關(guān)鍵科學(xué)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(fù)等位基因的重組和功能評(píng)價(jià)；新型抗病基因的分子設(shè)計(jì)和功能評(píng)價(jià)；抗病基因的聚合轉(zhuǎn)化/轉(zhuǎn)育及其功能評(píng)價(jià)。本項(xiàng)目將率先建立水稻和小麥抗病分子設(shè)計(jì)的實(shí)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(jì)育種奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。通過科學(xué)的分子手段，結(jié)合傳統(tǒng)育種手段對(duì)農(nóng)作物栽培品種進(jìn)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(gè)，獲得2-3個(gè)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(guó)在本領(lǐng)域的國(guó)際地位在國(guó)內(nèi)外核心刊物上發(fā)表研究論文100篇左右。其中，在國(guó)際一流學(xué)術(shù)期刊（IF 8.0）上發(fā)表論文1015篇，申請(qǐng)發(fā)明專利2030項(xiàng)，授權(quán)專利710個(gè)，主辦一次大型專業(yè)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，大幅提升我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上的研究地位。8. 全面推進(jìn)優(yōu)秀人才培養(yǎng)和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)依托項(xiàng)目實(shí)施，進(jìn)一步凝練我國(guó)在植物免疫和作物抗病分子領(lǐng)域的戰(zhàn)略目標(biāo)，培養(yǎng)一批具有科學(xué)創(chuàng)新精神和在專業(yè)領(lǐng)域具有較高國(guó)際顯示度的中青年學(xué)科帶頭人，建設(shè)具有國(guó)際一流水平的研究隊(duì)伍。培養(yǎng)博士后和研究生150名左右，為我國(guó)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(xué)術(shù)思路本項(xiàng)目緊密結(jié)合農(nóng)業(yè)生物學(xué)學(xué)科前沿，并為保障我國(guó)糧食生產(chǎn)安全和支撐國(guó)家轉(zhuǎn)基因新品種培育等重大戰(zhàn)略需求，建立以我國(guó)主要農(nóng)作物重大病害抗病機(jī)制為模式的創(chuàng)新研究體系。在研究思路上強(qiáng)調(diào)頂層設(shè)計(jì)與整合，以“一線四點(diǎn)六面” 的格局組織項(xiàng)目的實(shí)施，即：1條主線，4個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，6方面研究?jī)?nèi)容。在具體研究體系上，針對(duì)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(jī)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(xué)和表觀遺傳學(xué)，并結(jié)合生物信息學(xué)、蛋白-蛋白相互作用、蛋白組學(xué)、現(xiàn)代生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)等研究技術(shù)。在目標(biāo)集成上，剖析作物對(duì)重要病原菌的識(shí)別機(jī)制與應(yīng)答的信號(hào)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(jī)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(jì)的理論、應(yīng)用基礎(chǔ)和共性技術(shù)體系。（二）總體技術(shù)途徑目前組學(xué)和復(fù)雜性狀的研究方法已貫穿到生物學(xué)研究的各個(gè)方面，根據(jù)總體研究目標(biāo)和目前學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)，本項(xiàng)目將針對(duì)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(xué)和表觀遺傳、植物病理學(xué)、分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)相互作用、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)等現(xiàn)代生物學(xué)研究手段，將植物-病原菌的功能基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和生物信息學(xué)等精密結(jié)合，以嚴(yán)密的設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)分析，解析和闡明植物免疫的細(xì)胞、生化與分子過程。因此，本項(xiàng)目將發(fā)展和利用以下相互交織的技術(shù)平臺(tái)：1. 充分運(yùn)用遺傳學(xué)與基因組學(xué)平臺(tái)，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(yàn)證基因功能；利用蛋白質(zhì)互作和蛋白組學(xué)等技術(shù)，鑒定重要的互作蛋白或靶蛋白等；利用表達(dá)組學(xué)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(jī)制對(duì)植物免疫的調(diào)控，鑒定有調(diào)控功能的sRNA及其靶標(biāo)基因。3. 利用生物信息分析平臺(tái)，對(duì)大規(guī)模植物和病原菌基因組數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)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(yīng)因子和路徑節(jié)點(diǎn)等，分析重要病原的致病性基因簇結(jié)構(gòu)及其寄主靶標(biāo)，預(yù)測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)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(xué)分析平臺(tái)，精確分離鑒定細(xì)胞特異和侵染早期的寄主響應(yīng)基因，尤其是對(duì)腐生菌(小麥赤霉病)的抗病相關(guān)基因，建立防衛(wèi)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。5. 建立和利用細(xì)胞生物學(xué)和生物化學(xué)平臺(tái)，包括各種顯微觀察方法、標(biāo)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(yàn)證重要的植物免疫細(xì)胞學(xué)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(xué)結(jié)合，進(jìn)行抗病分子設(shè)計(jì)育種，選育廣譜抗病水稻和小麥品系，建立分子設(shè)計(jì)育種的理論與技術(shù)體系。遺傳學(xué)途徑 表觀遺傳途徑 生化途徑 生物信息途徑作物抗病分子設(shè)計(jì)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(jī)制與信號(hào)途徑抗病育種分子標(biāo)記與分子設(shè)計(jì)抗病等位基因和功能分化抗病TGS途徑, sRNA表達(dá)譜miRNA,RdDM調(diào)控R基因RNA沉默與水稻抗病性水稻sRNA靶標(biāo)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(biāo)與功能免疫調(diào)控關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)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(kù)分析與發(fā)掘腐生菌侵染與表達(dá)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(yù)測(cè)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(jī)制為模式的植物免疫創(chuàng)新研究體系（注：本設(shè)計(jì)為技術(shù)流程的主要途徑，相互之間有交織）（三）創(chuàng)新性與特色植物免疫與作物抗病性研究是國(guó)際植物生物學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域，研究的問題復(fù)雜、涉及的學(xué)科范圍和技術(shù)方法廣、學(xué)科發(fā)展快、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)大。目前我國(guó)在這方面的研究與技術(shù)體系與歐美等國(guó)家相比，還具有很大的的差距。但是，我國(guó)在作物應(yīng)用基礎(chǔ)研究以及相關(guān)領(lǐng)域人才隊(duì)伍建設(shè)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。本項(xiàng)目根據(jù)學(xué)科發(fā)展和本國(guó)農(nóng)作物病害的特點(diǎn)，立足于創(chuàng)新、突出研究重點(diǎn)、發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，做出跨越式的發(fā)展并提升我國(guó)在本領(lǐng)域的研究水平和地位。本項(xiàng)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(guó)際學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，以系統(tǒng)闡明植物包括重要糧食作物的免疫機(jī)理為目標(biāo)，結(jié)合我國(guó)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(duì)重要活體寄生（biotroph）與腐生（necrotroph）病害的免疫應(yīng)答及其互作為主線，強(qiáng)調(diào)頂層設(shè)計(jì)與整合；建立以我國(guó)主糧作物重大病害抗病機(jī)制為模式的創(chuàng)新研究體系。2. 從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和學(xué)科發(fā)展中提煉關(guān)鍵科學(xué)問題，創(chuàng)建特色研究體系。本項(xiàng)目緊密結(jié)合學(xué)科創(chuàng)新和國(guó)家重大需求，以我國(guó)重要農(nóng)作物病害抗性為研究重點(diǎn)，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(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，重點(diǎn)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(xué)機(jī)制；抗病性與產(chǎn)量性狀的關(guān)系，及抗病育種分子設(shè)計(jì)新思路。為此，在相關(guān)領(lǐng)域設(shè)置了6個(gè)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(jī)理，推動(dòng)以水稻抗病性為主要模式體系的轉(zhuǎn)換，建立我國(guó)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(guó)際上植物免疫的研究已經(jīng)進(jìn)入更高層次的研究領(lǐng)域。本項(xiàng)目密切結(jié)合學(xué)科發(fā)展動(dòng)向，前瞻性地部署前沿研究領(lǐng)域，重點(diǎn)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(jī)制對(duì)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(jī)制等。尤其是植物免疫的表觀遺傳機(jī)制是植物生物學(xué)的新興研究領(lǐng)域，存在若干重要的科學(xué)問題亟待闡明。國(guó)際上，包括RdDM途徑的表觀遺傳學(xué)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(yīng)答?？共NA沉默的研究也主要集中在擬南芥和煙草上。表觀遺傳機(jī)制應(yīng)答生物脅迫和作物的抗病沉默機(jī)制的研究的報(bào)導(dǎo)寥寥無幾。以植物免疫的表觀遺傳機(jī)制為主線，從模式植物到我國(guó)主要糧食作物，結(jié)合項(xiàng)目各課題組已建立起來、各具特色的實(shí)驗(yàn)體系和工作平臺(tái)，拓展表觀遺傳機(jī)制調(diào)控抗?。ú《?、細(xì)菌和真菌）應(yīng)答研究領(lǐng)域。本項(xiàng)目對(duì)植物免疫的表觀遺傳機(jī)制的創(chuàng)新研究，將為農(nóng)作物抗病從理論和應(yīng)用實(shí)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(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)，本項(xiàng)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(shí)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(diǎn)，緊密結(jié)合作物遺傳育種，建立作物抗病分子設(shè)計(jì)的理論、應(yīng)用基礎(chǔ)和共性技術(shù)體系。5. 新的技術(shù)路線集成。本項(xiàng)目廣泛采用組學(xué)和復(fù)雜性狀的研究方法，利用正向、反向遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)，并結(jié)合生物信息學(xué)、蛋白組學(xué)、現(xiàn)代生物化學(xué)等研究技術(shù)，系統(tǒng)剖析作物對(duì)重要病原菌的識(shí)別機(jī)制與應(yīng)答的信號(hào)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(jì)育種體系。尤其將開展水稻抗瘟性復(fù)等位基因的簇內(nèi)重組，創(chuàng)造新的廣譜抗病基因位點(diǎn)，在抗病遺傳理論與育種實(shí)踐上都是一個(gè)有重大創(chuàng)新意義的課題。6. 新的目標(biāo)視野。本項(xiàng)目除了要在植物免疫學(xué)科領(lǐng)域上創(chuàng)立我國(guó)的高水平前沿研究?jī)?yōu)勢(shì)，取得系統(tǒng)性的研究成果，同時(shí)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(jī)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(jì)理論與實(shí)踐等方面建立國(guó)際領(lǐng)先的研究體系與技術(shù)平臺(tái)。創(chuàng)新性研究成果（如水稻廣譜抗病性基因）的應(yīng)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(xiàn)。從而為推動(dòng)抗病新策略、新技術(shù)的發(fā)展提供直接的指導(dǎo)。7. 新的研究隊(duì)伍建設(shè)。依托本項(xiàng)目的實(shí)施，將進(jìn)一步凝練我國(guó)在植物免疫和作物抗病分子領(lǐng)域的戰(zhàn)略目標(biāo)，培養(yǎng)一批在專業(yè)領(lǐng)域具有高國(guó)際顯示度的中青年學(xué)科帶頭人，建設(shè)具有國(guó)際一流水平的創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)。（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(guó)際一流研究水平還要進(jìn)行長(zhǎng)期、艱苦的研究與探索，但是本項(xiàng)目的實(shí)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(duì)伍和儀器裝備等幾方面的有利條件，本項(xiàng)目具備圓滿完成預(yù)定計(jì)劃的能力和工作條件。1. 項(xiàng)目有廣泛共識(shí)：本項(xiàng)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(xué)會(huì)議植物先天免疫機(jī)制、2010年2月第9次中國(guó)科學(xué)院上海交叉學(xué)科論壇植物免疫與作物生產(chǎn)，與會(huì)專家與項(xiàng)目組骨干進(jìn)行了廣泛的討論，根據(jù)學(xué)科的發(fā)展與國(guó)家農(nóng)業(yè)的重大需求，凝練了關(guān)鍵的科學(xué)問題與重點(diǎn)研究方向，研究思路明確，目標(biāo)集成可行性強(qiáng)。2. 具有豐富的研究資源。我國(guó)主要農(nóng)作物栽培歷史長(zhǎng)，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(xiàng)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(jī)理，在以水稻為主的重要農(nóng)作物的抗病分子機(jī)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(xué)研究飛速發(fā)展，擬南芥及水稻基因組已相繼完成測(cè)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(shí)現(xiàn)日?；?。其它相關(guān)的平臺(tái), 如表觀遺傳、蛋白組學(xué)、表達(dá)組學(xué)、生物信息學(xué)、植物病理學(xué)、生物化學(xué)、蛋白質(zhì)相互作用、細(xì)胞生物學(xué)等現(xiàn)代生物學(xué)研究手段均已建立并不斷改進(jìn)。這些成熟的技術(shù)平臺(tái)為順利開展本項(xiàng)目并完成目標(biāo)提供了可靠的保障。4. 研究基礎(chǔ)較好。通過承擔(dān)國(guó)家863計(jì)劃、國(guó)家基金重大研究計(jì)劃和重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家轉(zhuǎn)基因新品種培育重大項(xiàng)目等多項(xiàng)研究的積累，本項(xiàng)目組各個(gè)課題已經(jīng)在科學(xué)研究思路、實(shí)驗(yàn)材料、研究實(shí)驗(yàn)體系、數(shù)據(jù)分析能力、國(guó)際學(xué)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(gè)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(jī)制已有重大新發(fā)現(xiàn)，為本項(xiàng)目的順利實(shí)施提供了有力保障。項(xiàng)目的實(shí)施將依托7個(gè)國(guó)家和3個(gè)部門重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（詳見工作條件部分），具有先進(jìn)的儀器設(shè)備和國(guó)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(jī)制及其育種應(yīng)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(duì)伍具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。本項(xiàng)目組織的骨干隊(duì)伍集中了國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)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(xì)菌病害、病毒病害等本領(lǐng)域重點(diǎn)分支，在多個(gè)研究領(lǐng)域如水稻功能基因組學(xué)、植物免疫、作物抗病性、病原菌基因組學(xué)、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(xiàng)目骨干作為第一或通訊作者的多篇研究論文發(fā)表于國(guó)際重要學(xué)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(jìn)行創(chuàng)新研究的團(tuán)隊(duì)基礎(chǔ)和較強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。此外，項(xiàng)目組大部分骨干都曾在國(guó)際上著名的實(shí)驗(yàn)室中從事植物分子生物學(xué)和植物病理學(xué)工作多年，在國(guó)內(nèi)建立了優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)室，并和國(guó)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(duì)本項(xiàng)目的開展是一個(gè)有力的支持。四、年度計(jì)劃研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)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(kù)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(yīng)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(gè)水稻基因變量表達(dá)的雙元載體；效應(yīng)蛋白基因轉(zhuǎn)基因；建立純化EPS天然寡聚體的技術(shù)平臺(tái)以及EPS寡聚體生物活性檢測(cè)系統(tǒng)。3. 對(duì)bir1,snc1,snc2,snc4，mkk1 mkk2這5個(gè)組成型抗病的突變體做抑制子篩選；對(duì)抑制子進(jìn)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(xué)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(duì)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(jìn)行圖位克??；。建立分離LPS結(jié)合蛋白的生物化學(xué)標(biāo)記體系。5. 采用激光顯微切割，結(jié)合禾谷鐮孢活體熒光標(biāo)記、基因組芯片等，揭示宿主作物細(xì)胞在禾谷鐮孢侵染中、晚期的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄組；研究宿主作物-禾谷鐮孢互作細(xì)胞學(xué)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(dá)檢測(cè)；抗病TGS蛋白目標(biāo)基因篩選、及其表達(dá)譜檢測(cè)。6. 建立病毒侵染水稻的研究體系，構(gòu)建針對(duì)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(dá)譜的變化并對(duì)其進(jìn)行生物信息學(xué)預(yù)測(cè)。7. Xoo誘導(dǎo)水稻小RNA的Solexa測(cè)序建立miRNA與siRNA表達(dá)譜。RNA-seq測(cè)序，建立mRNA表達(dá)譜。 8. 獲得乙烯耐受水稻株系，對(duì)多種致病稻瘟病菌進(jìn)行感病分析；利用MCP處理，分析抗性水稻在喪失乙烯反應(yīng)后對(duì)相應(yīng)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(yīng)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(yīng)水稻材料；分析過表達(dá)OsNPR1基因不同株系的抗病性及其它與生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的表型。9. 完成對(duì)Pigm基因的功能鑒定工作；水稻抗ROD基因的克??；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∷綪ID3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(dá)，即使用自身啟動(dòng)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(biāo)記聚合育種：利用基因標(biāo)記，將水稻xa5、Xa21、Pid2 和Pid3 基因轉(zhuǎn)育我國(guó)超級(jí)雜交稻的恢復(fù)系親本93-11和明恢系列的品種；水稻Pigm 與Pi9 基因重組位點(diǎn)的創(chuàng)建；小麥抗條銹病基因的分子標(biāo)記聚合育種： 利用基因標(biāo)記，將小麥Yr10、Yr18 和Yr36 基因轉(zhuǎn)育我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)品種“濟(jì)麥19”和“鄭麥9023”。1. 分離鑒定PTI途徑基因1-2個(gè)；分離鑒定ETI途徑基因1-2個(gè)；克隆病原菌效應(yīng)蛋白基因1-2個(gè)；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(gè)；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(duì)水稻致病性的變化；明確Xoo/Xoc鞭毛蛋白和另外一種PAMPs誘導(dǎo)水稻的防御反應(yīng)的能力；構(gòu)建3-5個(gè)水稻轉(zhuǎn)基因載體。3. 篩選到5個(gè)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(duì)SARD1及SARD2的生化功能分析；篩到多個(gè)spi感病突變單株。4. 得到宿主作物細(xì)胞在禾谷鐮孢侵染中、晚期的動(dòng)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(dǎo)或抑制水稻表達(dá)的特異小RNA和mRNA；獲得針對(duì)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(duì)水稻抗抗病性的作用，構(gòu)建相應(yīng)的水稻研究株系。8. 構(gòu)建水稻OsNPR1基因的遺傳學(xué)研究株系并進(jìn)行表型鑒定；獲得水稻抗ROD基因轉(zhuǎn)基因功能驗(yàn)證材料；定位克隆2個(gè)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(xì)定位抗銹病QTL；克隆2個(gè)抗黃萎病相關(guān)基因。10. 獲得小麥EDR1 和EDR2 基因各1個(gè)；克隆水稻 PID3 和小麥Yr10、Yr18 和Yr36 新型等位基因3-5個(gè)。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(gè)。13. 獲得有10萬個(gè)體的F2 群體，篩選獲得鑒定Pigm 和Pi9 基因的菌株2-3個(gè)，特異鑒別這兩個(gè)基因的PCR分子標(biāo)記2-3個(gè)。14. 發(fā)表SCI文章10篇左右。15. 申請(qǐng)專利5-6個(gè)。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(yīng)蛋白對(duì)宿主信號(hào)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(hào)通路之間的關(guān)系分型；構(gòu)建大麥表皮細(xì)胞富集百分病菌轉(zhuǎn)錄本的酵母雙雜交cDNA文庫(kù)的構(gòu)建。3. 利用圖位克隆和高通量測(cè)序技術(shù)鑒定bir1, snc1, snc2, snc4，mkk1 mkk2的抑制子所在的突變位點(diǎn)；對(duì)SAR突變體進(jìn)行表型分型及初定位；進(jìn)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(xì)胞在禾谷鐮孢侵染早期的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄組；分析其免疫應(yīng)答與作物細(xì)胞本身能量、物質(zhì)代謝途徑交叉互作的結(jié)點(diǎn)/關(guān)鍵分子；通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法篩選活性EPS寡聚體誘導(dǎo)表達(dá)的宿主植物基因。6. 進(jìn)行抗病TGS目標(biāo)蛋白作用關(guān)鍵靶基因篩選、及其DNA的作用模式分析、同時(shí)進(jìn)行病毒侵染關(guān)鍵靶基因表達(dá)譜改變分析；探索病毒侵染對(duì)水稻包括miRNA在內(nèi)的內(nèi)源RNAs表達(dá)的影響。7. 利用生物信息學(xué)方法對(duì)Xoo侵染水稻獲得的小RNA進(jìn)行分類，預(yù)測(cè)小RNA的靶基因；mRNA表達(dá)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(yīng)后對(duì)稻瘟病菌的抗病變化。鑒定及獲得組成性乙烯反應(yīng)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(duì)病原菌侵染的反應(yīng)及病斑程度。利用microarray等技術(shù)，分析OsNPR1基因介導(dǎo)的SAR與生長(zhǎng)素信號(hào)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(duì)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(dá)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(yàn)證。10. 分別將xa5-Xa21-Pid2-Pid3 聚合載體和Yr10-Yr18-Yr36 聚合載體導(dǎo)入水稻品種明恢系列或小麥品種濟(jì)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(jì)抗病基因；水稻Pigm 與Pi9 基因重組位點(diǎn)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(biāo)記，繼續(xù)小麥Yr10、Yr18 和Yr36 基因的回交轉(zhuǎn)育。1. 再分離鑒定PTI途徑基因1-2個(gè)及ETI途徑基因1-2個(gè)，并明確這些基因的功能。再克隆病原菌效應(yīng)蛋白基因1-2個(gè)，并認(rèn)識(shí)病原效應(yīng)蛋白基因的功能，分離其植物體內(nèi)的靶標(biāo)基因3-5個(gè)；鑒定抗病蛋白復(fù)合體組份2-3個(gè)，明確植物NB-LRR類抗病蛋白分子間的相互作用及對(duì)其功能的影響；找到bir1, snc1, snc2, snc4，mkk1 mkk2的抑制子基因3-4個(gè)。2. 明確水稻OsFLS2對(duì)鞭毛蛋白的感知能力；獲得涉及2個(gè)基因的變量表達(dá)的突變體株系；構(gòu)建獲得2個(gè)水稻病原菌誘導(dǎo)表達(dá)的cDNA文庫(kù)。3. 初步定位1-2個(gè)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(yīng)基礎(chǔ)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)體系。4. 得到宿主作物細(xì)胞在禾谷鐮孢侵染早期的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄組；揭示其與作物細(xì)胞本身能量、物質(zhì)代謝途徑交叉互作的結(jié)點(diǎn)/關(guān)鍵分子。5. 明確病毒-參與抗性TGS目標(biāo)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(duì)水稻RNA干擾途徑主要基因的穩(wěn)定的RNAi突變體株系。6. 對(duì)LPS受體基因進(jìn)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(xué)研究株系。7. 分析乙烯反應(yīng)被阻斷后對(duì)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(hào)途徑下游成分并對(duì)其進(jìn)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(gè)抗銹病QTL；11. 分別獲得4-10個(gè)xa5-Xa21-Pid2-Pid3 或Yr10-Yr18-Yr36 陽性的轉(zhuǎn)基因株系4-10個(gè) 。12. 創(chuàng)建PID3、Yr10、Yr18 或Yr36 基因的新型設(shè)計(jì)抗病基因2-5個(gè)。13. 篩選5萬個(gè)F2 個(gè)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(qǐng)專利7-8個(gè)。第三年1. PTI通路新基因的生化和分子生物學(xué)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(yīng)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(jī)制研究。3. 對(duì)bir1, snc1, snc2, snc4, mkk1 mkk2這5個(gè)突變體做進(jìn)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(cè)序技術(shù)篩選到SAR突變體的突變位點(diǎn)；MEKK1結(jié)合蛋白及FLS2介導(dǎo)的磷酸化蛋白的功能驗(yàn)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。分析LPS結(jié)合蛋白和LPS受體在病原識(shí)別和植株發(fā)育過程中的功能。5. 綜合運(yùn)用各種生物手段具體研究禾谷鐮孢應(yīng)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(dá)和敲除突變體，并進(jìn)行病毒侵染性的分析；研究水稻RNA干擾途徑對(duì)病毒侵染的抵抗作用；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證小RNA與潛在靶標(biāo)的調(diào)控關(guān)系；在水稻dcl4突變體中受Xoo誘導(dǎo)的水稻小RNA的表達(dá)是否依賴dcl4基因。7. 利用RNAi和過表達(dá)方法對(duì)SA與生長(zhǎng)素途徑之間具有重要作用的基因進(jìn)行分析，闡明其遺傳學(xué)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(gè)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(dá)模式；小麥EDR1 和EDR2 同源基因的功能驗(yàn)證。9. 評(píng)價(jià)xa5-Xa21-Pid2-Pid3 聚合載體對(duì)水稻白葉枯病和稻瘟病的抗性特征；評(píng)價(jià)Yr10-Yr18-Yr36 聚合載體對(duì)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(dá)載體并轉(zhuǎn)化到水稻品種明恢系列或小麥品種濟(jì)麥等系列；水稻Pigm9 新位點(diǎn)的功能評(píng)價(jià)。10. 利用基因標(biāo)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(biāo)記，繼續(xù)小麥Yr10、Yr18 和Yr36 基因的回交轉(zhuǎn)育。1. 認(rèn)識(shí)PTI途徑相關(guān)基因編碼蛋白的生化和分子生物學(xué)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(yīng)蛋白靶標(biāo)基因的功能及分子特性。2. 克隆1-2個(gè)新的bir1, snc1, snc2, 等的抑制子基因。3. 明確1-2個(gè)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(gè)SAR突變體的突變位點(diǎn)；解析連接MEKK1與PRR受體FLS2的蛋白組份。5. 克隆到1個(gè)Pigm的抑制子spi。6. 明確3-5個(gè)在宿主作物-禾谷鐮孢互作中起作用的重要基因；初步揭示活性EPS寡聚體對(duì)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?yīng)答效應(yīng)，及其參與的抗性途徑機(jī)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(biāo)基因，及Xoo誘導(dǎo)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(shí)別和發(fā)育調(diào)控中的分子功能。9. 對(duì)乙烯途徑與水稻抗稻瘟病反應(yīng)中的關(guān)鍵基因進(jìn)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(jī)制。11. 分析OsNPR1介導(dǎo)的SA與生長(zhǎng)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(gè)新的廣譜抗病基因（QTL）；克隆至少一個(gè)Pigm/ROD的supprosser突變基因；克隆一個(gè)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(dá)模式；獲得具有新型抗性特征的基因1-2個(gè)；確定多基因聚合載體在受體基因組的整合和表達(dá)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(gè)F2 個(gè)體，獲得 Pigm 和Pi9 重組的F2 單株2-3株；獲得Pigm9 位點(diǎn)純合的單株2-3個(gè)。14. 發(fā)表SCI收錄論文18-24篇。15. 申請(qǐng)專利10-12項(xiàng)。第四年1. PTI通路新基因在植物抗病途徑信號(hào)傳導(dǎo)途徑中作用及位置分析；PRR受體蛋白互作蛋白下游信號(hào)通路研究。2. Xoo鞭毛蛋白/解毒蛋白作用及機(jī)制分析；效應(yīng)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(xué)研究；抗病基因和無毒基因互作的分子機(jī)制研究。3. 熒光互補(bǔ)與免疫共沉淀研究PTI基因網(wǎng)絡(luò)中至少2個(gè)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(dá)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(dǎo)的蛋白及其他參與SAR下游傳導(dǎo)的蛋白；深入解析MEKK1結(jié)合蛋白、FLS2介導(dǎo)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(yīng)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(xì)胞在活體/半活體病原侵染早期的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)錄組；通過分離、純化獲得活性寡聚體；應(yīng)用分離到的活性EPS寡聚體處理擬南芥，接種丁香假單胞菌。7. 進(jìn)行病毒侵染前后靶基因相關(guān)siRNA northern blot、測(cè)序檢測(cè)；靶基因DNA甲基化測(cè)序、Southern blot檢測(cè)和信息學(xué)分析；和上述在目標(biāo)突變體的研究結(jié)果相比較，研究突變體和病毒侵染對(duì)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(jìn)一步研究RNA干擾的作用機(jī)理及其在抗病毒中的作用；利用過表達(dá)人工miRNA等轉(zhuǎn)基因方法對(duì)2-3個(gè)水稻小RNA介導(dǎo)的抗病反應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證。8. 闡明LPS結(jié)合蛋白和LPS受體的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及其與細(xì)菌表面分子相互作用的功能機(jī)制，建立病原信號(hào)識(shí)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(duì)病原菌抗病或是感病的變化，對(duì)上述水稻材料分別進(jìn)行乙烯和MCP處理，揭示在該相關(guān)基因表達(dá)背景下，乙烯與MCP的作用對(duì)于感病過程是否依然重要。9. 闡明病毒侵染與植物GA信號(hào)途徑之間的分子互作關(guān)系。10. 利用轉(zhuǎn)基因手段對(duì)抗病及激素cross-talk通路進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造，培育既增強(qiáng)抗性，又不影響生長(zhǎng)發(fā)育的水稻株系；完成2個(gè)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(diǎn)（Pigm9）等，開展有關(guān)基因之間的聚合轉(zhuǎn)化和分子標(biāo)記聚合育種，結(jié)合抗病評(píng)價(jià)，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(diǎn)的功能評(píng)價(jià)及應(yīng)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(píng)價(jià)多基因的聚合表達(dá)對(duì)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(jì)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(dá)模式，開展對(duì)水稻抗病病或小麥抗病評(píng)價(jià)。14. 利用基因標(biāo)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(gè)體之間），獲得同時(shí)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(gè)體之間），獲得同時(shí)攜帶 Yr10、Yr18 和Yr36 基因的雜合種子。1. 明確PTI途徑相關(guān)基因在植物PTI信號(hào)傳導(dǎo)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(biāo)基因，確定其在ETI信號(hào)傳導(dǎo)途徑中的作用；確定病原菌效應(yīng)蛋白靶標(biāo)基因的識(shí)別機(jī)制及其激活下游信號(hào)傳導(dǎo)的途徑及機(jī)制；確定植物抗病蛋白抗病復(fù)合的組分，明確植物抗病蛋白的作用機(jī)制及信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制；確定R蛋白下游傳導(dǎo)的蛋白與已知蛋白的關(guān)系；明確水稻PTI途徑中至少2個(gè)關(guān)鍵組分間的互作關(guān)系；明確至少一個(gè)PTI中關(guān)鍵組分在植物免疫中的功能。2. 找到SAR信號(hào)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(gè)完整的參與抗病的MAPK蛋白激酶級(jí)聯(lián)。3. 篩選驗(yàn)證Pigm互作蛋白。4. 得到宿主作物細(xì)胞在活體/半活體病原侵染早期的動(dòng)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(gè)。7. 闡明LPS受體及結(jié)合蛋白作用的功能機(jī)制，建立病原識(shí)別及生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控之間的功能聯(lián)系。8. 進(jìn)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(hào)途徑之間的分子互作關(guān)系；對(duì)水稻SA途徑及生長(zhǎng)素途徑之間發(fā)揮重要作用的信號(hào)基因及蛋白進(jìn)行功能機(jī)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(jì)另外兩套多基因聚合轉(zhuǎn)化或分子標(biāo)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(gè)；獲得新的Pigm9 抗病位點(diǎn)2-3個(gè)；用以改良感病高產(chǎn)水稻品種10個(gè)。11. 確定多基因轉(zhuǎn)化的聚合表達(dá)對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)等性狀的影響；確定新型設(shè)計(jì)基因在受體基因組的整合和表達(dá)模式；獲得具有新型抗性特征的設(shè)計(jì)基因1-3個(gè)。12. 獲得同時(shí)攜帶xa5、Xa21、Pid2 和Pid3 基因的水稻雜合種子。13. 獲得同時(shí)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(qǐng)專利8-10項(xiàng)。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(hào)傳導(dǎo)途徑。2. 明確Xoo鞭毛蛋白/解毒蛋白的作用機(jī)理；明確抗病蛋白識(shí)別效應(yīng)蛋白并激活下游信號(hào)傳導(dǎo)通路的機(jī)制；明確抗病蛋白抗病復(fù)合體的作用機(jī)制及下游信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制；解析抗病基因和無毒基因互作的分子機(jī)制。3. 利用遺傳學(xué)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(hào)通路的特定結(jié)點(diǎn)上。初步建立R蛋白介導(dǎo)的病原菌免疫反應(yīng)的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。鑒定至少1個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的順式元件，驗(yàn)證功能；定點(diǎn)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(píng)價(jià)所研究的基因資源在植物抗病育種中的應(yīng)用價(jià)值。4. 通過生物化學(xué)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(hào)傳遞元件在其它不同PAMP識(shí)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(dá)，分析其抗病功能。6. 腐生病原菌同活體寄生病原菌的免疫反應(yīng)比較，鑒定共同的節(jié)點(diǎn)基因。7. 通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法篩選活性EPS寡聚體誘導(dǎo)表達(dá)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(jī)理，和作用模式，及水稻參與抗病表觀遺傳機(jī)制；探討Xoo 參與水稻RNA沉默的分子機(jī)制。9. 繼續(xù)完成有關(guān)廣譜抗病基因的工作；重點(diǎn)于廣譜抗病品種的育種應(yīng)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(biāo)記聚合育種，結(jié)合抗病評(píng)價(jià)，獲得高抗稻瘟病、小麥條銹病等病害的株系，同時(shí)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(diǎn)的應(yīng)用：考查Pigm9 改良株系新品系的田間性狀。10. 對(duì)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(píng)價(jià)多基因的聚合表達(dá)對(duì)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(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)等重要性狀的評(píng)價(jià)；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(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)等重要性狀的評(píng)價(jià)；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(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)備論文發(fā)表和課題結(jié)題報(bào)告。1. 建立植物PTI信號(hào)傳導(dǎo)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(gè)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(yīng)用價(jià)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)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(jī)制；和表觀遺傳調(diào)控途徑的抗病新機(jī)制；期望獲得抗12個(gè)流行水稻病毒的轉(zhuǎn)基因株系；明確水稻RNA沉默參與抗細(xì)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(gè)。8. 明確多基因聚合轉(zhuǎn)化對(duì)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)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(duì)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(duì)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(jì)模式體系。10. 發(fā)表SCI文章24-26篇。11. 申請(qǐng)專