植物分子免疫試題

1、植物分子免疫學(xué)2012試題術(shù)語解釋（每小題4分，共20分）1. Singal transduction信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：受體與細(xì)胞表面的配體結(jié)合然后發(fā)送信號來觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)的途徑的過程。通常指從細(xì)胞識別和接收外源信號開始、到特定的效應(yīng)（結(jié)構(gòu)）基因誘導(dǎo)表達(dá)，最終引起細(xì)胞應(yīng)答的一系列反應(yīng)。2. Basal defense pathway抗病防衛(wèi)基本信號通路：根據(jù)水楊酸(Salicylic acid, SA)、茉莉酸(Jasmonic acid, JA)、乙烯(Ethylene, ET) 在植物防衛(wèi)中作為內(nèi)源信號的作用，分別由這三種激素介導(dǎo)的抗病性發(fā)生過程，被稱為植物抗病防衛(wèi)基本信號通路。3. Guard hy

2、pothesis警衛(wèi)學(xué)說：警衛(wèi)學(xué)說是解釋R與Avr蛋白質(zhì)如何間接發(fā)生相互結(jié)合、從而引導(dǎo)抗病性信號傳導(dǎo)的一種假說。它認(rèn)為病原物的Avr是一種尋靶分子，通過尋找植物的R、并與之結(jié)合，抑制R的功能，從而使病原物能夠在植物上成功定殖。同時，植物體內(nèi)的保衛(wèi)分子通過監(jiān)聽病原物Avr信號，并搶先與之結(jié)合，保衛(wèi)了R免受Avr結(jié)合，從而使R的功能得以發(fā)揮。4. Nucleocytoplasmic trafficing核質(zhì)轉(zhuǎn)運過程：以核質(zhì)側(cè)核膜高RanGTP和胞質(zhì)側(cè)核膜高RanGDP濃度的不對稱性為轉(zhuǎn)運基礎(chǔ)，由核膜Ran蛋白水解GTP為轉(zhuǎn)運提供能量并需蛋白介導(dǎo)的主動轉(zhuǎn)運過程。核質(zhì)轉(zhuǎn)運過程是真核生物對信號傳導(dǎo)進行精

3、密調(diào)控的重要途徑,核輸入載體蛋白(MP)和核孔蛋白(Nup)對此承擔(dān)重要功能。植物擅長使用這兩類蛋白質(zhì)對抗病防衛(wèi)反應(yīng)信號傳導(dǎo)進行調(diào)控,影響多種激素信號傳導(dǎo)通路。5. Epistasis analysis上位性分析：某一基因受不同位點上別的基因抑制而不能表達(dá)的現(xiàn)象。如果b基因存在時A與a的表型效果難以區(qū)別，此時b基因便是A基因的上位（epistatic），A基因是b基因的下位。二、 選擇題（在正確的選項上打勾，每個選項4分，共20分）1. 可以影響NPRI功能的蛋白質(zhì)有：A. Caspae-9B. COI1C. IMP3D. TTG2E. SNC1三、 簡述植物抗病蛋白（R）信號傳導(dǎo)的主要環(huán)節(jié)（

4、20分）抗病基因介導(dǎo)信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括識別和信號傳導(dǎo)。一般認(rèn)為，基因?qū)蚩剐缘漠a(chǎn)生需要經(jīng)過R-Avr蛋白質(zhì)直接或間接的相互識別，將來自病原物的信號轉(zhuǎn)換為植物細(xì)胞能感知的信號和可以在細(xì)胞內(nèi)傳遞的信息，最終激活細(xì)胞的防衛(wèi)反應(yīng)。（一）信號識別植物抗病防衛(wèi)信號傳導(dǎo)啟動的時機、過程和作用，往往因病原物或外源信號種類及抗病專化性的不同而發(fā)生復(fù)雜的變化。在多數(shù)情況下，防衛(wèi)反應(yīng)起始于植物對外源信號的識別，潛在病原物成功侵染并導(dǎo)致植物發(fā)病的幾率很低。而在非寄主抗性中，眾多種類的微生物與作為它們非寄主的植物之間，通常不發(fā)生有意義的信息交流。植物防衛(wèi)反應(yīng)一旦發(fā)生，其性質(zhì)和作用也因病原物和抗病?；缘牟煌悺?/p>

5、可以誘導(dǎo)植物抗病性的外源信號主要有三類：物理刺激（包括環(huán)境脅迫和昆蟲取食）、化學(xué)或生物激發(fā)子（elicitor）的刺激、病原物對植物的侵染或試圖侵染。生物激發(fā)子主要來自微生物，性質(zhì)多樣，包括肽、蛋白質(zhì)、糖蛋白質(zhì)、低聚糖、維生素等，有的是病原物致病相關(guān)基因的直接產(chǎn)物，有的是微生物的次生代謝產(chǎn)物。植物擁有甄別這些信號的精細(xì)機制，針對不同外源信號，使用不同識別模式和信號轉(zhuǎn)換方式，引發(fā)信號傳導(dǎo)?！芭潴w-受體模式”是信號識別的經(jīng)常方式。但是大多數(shù)R-Avr蛋白質(zhì)互作并不按這種模式發(fā)生，“警衛(wèi)學(xué)說”指出，Avr蛋白質(zhì)是一種尋靶分子，但尋找、結(jié)合的不僅僅是R蛋白質(zhì)，還有作為R的“警衛(wèi)員”的其他蛋白質(zhì)。Avr

6、-R互作只是這種分子識別的特例，可以有多種形式，啟動的信號傳導(dǎo)可以導(dǎo)致抗病或感病。我們發(fā)現(xiàn)，R功能的活化依賴“協(xié)作活化機制”；在這一機制中，R蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征、尤其是特定功能域，對分子識別和后續(xù)信號傳導(dǎo)至關(guān)重要，其中包括蛋白質(zhì)特定空間結(jié)構(gòu)的形成。在已克隆的40多個R基因中，只有兩種基因的產(chǎn)物可以與相應(yīng)Avr直接結(jié)合，其中番茄Pto需要Prf的參入，才能完成信號傳導(dǎo)?！熬l(wèi)學(xué)說”、其工作模式以及“協(xié)作活化機制”，很可能也適用于其他外源信號。（二）信號傳導(dǎo)Avr被認(rèn)為在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用，而只有少數(shù)R分子才具有TM和細(xì)胞外LRR或功能類似的結(jié)構(gòu)域。單從抗病基因來考慮，信號傳導(dǎo)的過程決定于R分子的構(gòu)效關(guān)

7、系，并在很大程度上依據(jù)其結(jié)構(gòu)域的保守性、與動物有關(guān)信號調(diào)控蛋白的同源性及其功能相似性的假設(shè)。1、通過細(xì)胞外LRR或TIR功能域識別外源信號、決定抗病特異性很多蛋白質(zhì)都有LRR，這就規(guī)定了這種結(jié)構(gòu)域在生物細(xì)胞信息交流中的普遍性和重要性。LRR并非決定抗病特異性的唯一結(jié)構(gòu)域。亞麻L6的TIR編碼區(qū)被L2或L11相應(yīng)TIR編碼區(qū)替代后，重組蛋白質(zhì)的抗病特異性由原來的L6轉(zhuǎn)變?yōu)長7特異性。L10的TIR和大部分NBS編碼區(qū)被L2或L9相應(yīng)區(qū)域替代后，抗病特異性隨之改變?？梢?，TIR功能域也在某些抗病特異性中起作用。2、通過NBS功能域內(nèi)的蛋白質(zhì)磷酸化作用轉(zhuǎn)導(dǎo)外源信號NBS結(jié)構(gòu)域的主要功能是發(fā)生蛋白質(zhì)磷

8、酸化；ATP或GTP的結(jié)合可以活化蛋白質(zhì)激酶或G蛋白，它們活化后經(jīng)cAMP等因子介導(dǎo)，在不同生物中參入許多過程。在植物抗病性中，NBS結(jié)構(gòu)域在防衛(wèi)反應(yīng)、HR等信號通路的啟動中發(fā)揮重要作用。有些R序列中的NB-ARC結(jié)構(gòu)域，可以直接活化HR。3、通過細(xì)胞內(nèi)LRR等功能域傳遞磷酸化信號上述蛋白質(zhì)激酶磷酸化的發(fā)生及磷酸化信號向下游傳遞，可能需要其他因子的協(xié)助。凡具有蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作的結(jié)構(gòu)特征的分子，都有可能擔(dān)當(dāng)此任。因此，含胞內(nèi)LRR、LZ或TIR的抗病基因產(chǎn)物，特別是當(dāng)R不含TM結(jié)構(gòu)時，都很可能會協(xié)助傳導(dǎo)蛋白質(zhì)激酶或G蛋白磷酸化信號。有研究顯示，LRR可以通過構(gòu)型的改變，協(xié)助NBS結(jié)構(gòu)域內(nèi)的磷酸

9、化，并把磷酸化信號向后傳遞；這一作用對R識別Avr信號并引發(fā)后續(xù)過程非常重要。除LRR外，LZ和TIR也是常見的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作功能域。LZ可以使含該結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)之間同源或異源二聚體化。RPS2、RPM1等含LZ結(jié)構(gòu)的R可以自身二聚體化或與含其它此類結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)異源二聚體化，這種復(fù)合體的構(gòu)象可能通過激發(fā)子與R的結(jié)合而被改變，最終產(chǎn)生抗病信號。但至今尚無關(guān)于LZ在抗病信號產(chǎn)生中具體作用的報道。TIR結(jié)構(gòu)域與果蠅跨膜受體Toll和哺乳動物白介素-1受體的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域相似，該結(jié)構(gòu)域在植物R內(nèi)的作用機制可能和在果蠅與哺乳動物中的相似，即蛋白質(zhì)中另外的結(jié)構(gòu)域與激發(fā)子的結(jié)合活化TIR域，使其與另外一種胞

10、內(nèi)蛋白質(zhì)直接結(jié)合。有些抗病基因的產(chǎn)物，如Xa21和Cf-X，并不含NBS、TIR或LZ。擬南芥三個CLV蛋白質(zhì)的協(xié)同作用，可以幫助解釋不含蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)互作結(jié)構(gòu)域的抗病基因產(chǎn)物如何起作用。CLV1和CLV2可以形成復(fù)合體，并識別小分子配體CLV3。CLV1與Xa21結(jié)構(gòu)類似，含胞外LRR與胞內(nèi)PK區(qū)，而CLV2與Cf-X相似，含eLRR區(qū)。這兩類R可能和CLV1、CLV2相似，需要和植物細(xì)胞內(nèi)其它蛋白質(zhì)形成復(fù)合體，介導(dǎo)抗病信號傳導(dǎo)。四、 簡述近二十年來關(guān)于系統(tǒng)性獲得抗性研究的主要進展（20分）植物系統(tǒng)獲得抗病性是植物抵抗病原物侵染的一種主要特性，即指植物經(jīng)過弱毒性或另一個病原物的接種或一些化學(xué)

11、物質(zhì)誘導(dǎo)，被接種的植物產(chǎn)生新的、廣譜的系統(tǒng)抗性，從而對病原物再次侵染以及其他病菌的侵染均具有很強的抗性，該抗性水平可擴展到整個植株，故稱為系統(tǒng)獲得抗性（SAR）。SA介導(dǎo)的SAR的特征包括：SA的必要性；以病程相關(guān)（pathogenesis-related, PR）基因（SAR基因）為分子標(biāo)志；廣譜抗病性。過去20多年間，對SAR的研究經(jīng)過了三個重要階段。第一階段：關(guān)于SA的作用。1989到1994年間報道的研究，從四方面證明了SA在抗病性中的重要性： SA在發(fā)生SAR的植物組織中含量大幅度提高； SA和它的結(jié)構(gòu)類似物，如INA和BTH，可以誘發(fā)SAR；不能積累SA的NahG轉(zhuǎn)基因植物，在通常

12、的誘導(dǎo)條件下不發(fā)生SAR；嫁接試驗證明SA信號可以系統(tǒng)傳導(dǎo)。第二階段：SAR調(diào)控基因標(biāo)記。1991到1997年報道的研究，通過誘變擬南芥、標(biāo)記調(diào)控SAR的關(guān)鍵基因 (mutation tagging)，得到兩類突變體。第一類突變體失去表達(dá)SAR的能力，多個實驗室同時在這類突變體中標(biāo)記到了同一個基因位點：npr1、nim1、sai1。根據(jù)突變體的表型和孟德爾遺傳特點，這個位點上應(yīng)該存在一個正調(diào)控SAR的顯性基因。第二類突變體組成性地表達(dá)SAR，但同時在葉片上自發(fā)產(chǎn)生枯死斑，主要是lsd (lesion simulating disease resistance)和acd (accelerated

13、 cell death)突變體。所標(biāo)記的基因比較復(fù)雜，上位性分析表明，它們在上游調(diào)控SA信號傳導(dǎo)。值得注意，最近幾年，誘變標(biāo)記繼續(xù)被用于發(fā)現(xiàn)參入SA信號傳導(dǎo)的新基因，包括：影響SA合成、積累的基因，如SID (salicylic and induction-defficient）；既可以調(diào)控SAR、也可以調(diào)控其他類型抗病性的基因（通調(diào)基因），dnd1 、mpk4 (mitogen-activated protein kinase)、edr1（enhanced disease resistance）；與NPR1相互調(diào)控的基因位點，例如，ssi1（suppressor of SA-insensiti