國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目申報書-植物免疫機制與作物抗病分子設(shè)計的重大基礎(chǔ)理論

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(xué)家：何祖華 中國科學(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：中國科學(xué)院 農(nóng)業(yè)部二、預(yù)期目標(biāo)（一）項目總體目標(biāo)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(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、作物重要腐生病（如紋枯病）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(xué)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(xué)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(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(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?。ê坦如犳撸┟庖哐芯康募夹g(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(yīng)答網(wǎng)絡(luò)和免疫機制，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(dǎo)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?。λ緎iRNA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)識植物免疫的RNA沉默途徑的應(yīng)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(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(dǎo)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(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(yán)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(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(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(xué)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(xué)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(xué)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(biāo)，培養(yǎng)一批具有科學(xué)創(chuàng)新精神和在專業(yè)領(lǐng)域具有較高國際顯示度的中青年學(xué)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(xué)術(shù)思路本項目緊密結(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(xué)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(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)與細胞生物學(xué)等研究技術(shù)。在目標(biāo)集成上，剖析作物對重要病原菌的識別機制與應(yīng)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(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)研究的各個方面，根據(jù)總體研究目標(biāo)和目前學(xué)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(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)計和精準(zhǔn)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(xué)與基因組學(xué)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(xué)等技術(shù)，鑒定重要的互作蛋白或靶蛋白等；利用表達組學(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，分析表觀遺傳機制對植物免疫的調(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，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(yīng)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(biāo)，預(yù)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(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，精確分離鑒定細胞特異和侵染早期的寄主響應(yīng)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(yīng)網(wǎng)絡(luò)。5. 建立和利用細胞生物學(xué)和生物化學(xué)平臺，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)，驗證重要的植物免疫細胞學(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(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(biāo)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(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(yù)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（注：本設(shè)計為技術(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際植物生物學(xué)研究的前沿?zé)狳c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(yīng)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(xué)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(xué)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(biāo)，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(yīng)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(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。本項目緊密結(jié)合學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(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。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(yīng)答生物脅迫和作物的抗病沉默機制的研究的報導(dǎo)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《?、細菌和真菌）應(yīng)答研究領(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(yīng)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(biāo)，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(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)剖析作物對重要病原菌的識別機制與應(yīng)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(fù)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(biāo)視野。本項目除了要在植物免疫學(xué)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(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。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(dǎo)。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(biāo)，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(xué)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(yù)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(xué)會議植物先天免疫機制、2010年2月第9次中國科學(xué)院上海交叉學(xué)科論壇植物免疫與作物生產(chǎn)，與會專家與項目組骨干進行了廣泛的討論，根據(jù)學(xué)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(xué)問題與重點研究方向，研究思路明確，目標(biāo)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(xué)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?；?。其它相關(guān)的平臺, 如表觀遺傳、蛋白組學(xué)、表達組學(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。這些成熟的技術(shù)平臺為順利開展本項目并完成目標(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(xué)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(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(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(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(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(xué)和植物病理學(xué)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(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)建多個水稻基因變量表達的雙元載體；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(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??；。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(xué)過程；病毒侵染擬南芥，microarray高通量表觀遺傳途徑相關(guān)蛋白基因表達檢測；抗病TGS蛋白目標(biāo)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(xué)預(yù)測。7. Xoo誘導(dǎo)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(yīng)后對相應(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??；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，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(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)育我國超級雜交稻的恢復(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)育我國小麥主產(chǎn)區(qū)品種“濟麥19”和“鄭麥9023”。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(yīng)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(dǎo)水稻的防御反應(yīng)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(dǎo)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(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(biāo)記2-3個。14. 發(fā)表SCI文章10篇左右。15. 申請專利5-6個。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(yīng)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(xué)方法篩選活性EPS寡聚體誘導(dǎo)表達的宿主植物基因。6. 進行抗病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(xué)方法對Xoo侵染水稻獲得的小RNA進行分類，預(yù)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(yīng)后對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(dǎo)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(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(yīng)蛋白基因1-2個，并認(rèn)識病原效應(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；鑒定抗病蛋白復(fù)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(dǎo)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(yīng)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(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(xué)研究株系。7. 分析乙烯反應(yīng)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(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(dǎo)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。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(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(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(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(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?yīng)答效應(yīng)，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(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(yīng)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(dǎo)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。第四年1. PTI通路新基因在植物抗病途徑信號傳導(dǎo)途徑中作用及位置分析；PRR受體蛋白互作蛋白下游信號通路研究。2. Xoo鞭毛蛋白/解毒蛋白作用及機制分析；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(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(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(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(dǎo)的抗病反應(yīng)進行驗證。8. 闡明LPS結(jié)合蛋白和LPS受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(biāo)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 新位點的功能評價及應(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(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。1. 明確PTI途徑相關(guān)基因在植物PTI信號傳導(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)基因的識別機制及其激活下游信號傳導(dǎo)的途徑及機制；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制及信號傳導(dǎo)機制；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)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(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；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。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(dǎo)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(yīng)蛋白并激活下游信號傳導(dǎo)通路的機制；明確抗病蛋白抗病復(fù)合體的作用機制及下游信號傳導(dǎo)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(xué)分析把篩選到的基因和已知基因做上下位分析，把基因放在信號通路的特定結(jié)點上。初步建立R蛋白介導(dǎo)的病原菌免疫反應(yīng)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(yīng)用價值。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反應(yīng)比較，鑒定共同的節(jié)點基因。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(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(yīng)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(zhǔn)備論文發(fā)表和課題結(jié)題報告。1. 建立植物PTI信號傳導(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(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)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