巴西橡胶树抗病性相关基因研究进展

冯素萍，梁贾春子，李永桩，徐贞桢，武耀廷

(琼州学院热带生物与农学院，三亚市热带植物分子育种实验室，海南三亚 572200)



巴西橡胶树抗病性相关基因研究进展

冯素萍，梁贾春子，李永桩，徐贞桢，武耀廷*

(琼州学院热带生物与农学院，三亚市热带植物分子育种实验室，海南三亚 572200)

摘要着重介绍Mlo基因、含锰的超氧化物歧化酶(MnSOD)基因、橡胶凝集因子基因、死皮病相关基因、几丁质酶基因等巴西橡胶树抗病性相关基因的研究进展，并对研究中存在的问题及不足提出解决办法，对进一步的研究进行展望。

关键词巴西橡胶树；分子生物学；抗病基因；基因工程

Research Progress of Resistance Related Genes onHeveabrasiliensis

FENG Su-ping, LIANG Jia-chun-zi, LI Yong-zhuang, WU Yao-ting*et al(Key Laboratory of Tropical Crop Molecular Breeding of Sanya, College of Tropic Biology and Agronomy, Qiongzhou University, Sanya, Hainan, 572200)

AbstractThis paper will focus on research progress of resistance related genes onHeveabrasiliensis, such as, the MLO gene, manganese superoxide dismutase (MnSOD) gene, latex agglutination factor gene, tapping panel dryness related gene and chitinase gene, problems and deficiencies on these studies, also the prospects for further research.

Key wordsHeveabrasiliensis; Molecular biology; Resistance gene; Gene engineering

橡胶与石油、钢铁、煤炭作为四大工业原料，是一种重要的战略资源。天然橡胶具有弹性好、绝缘性强、可塑性高以及防水隔气、抗拉耐磨等优点，已被广泛用于航空航天、汽车制造以及日常生活的各个方面[1]。据统计，来自7个科300多个属2 000多种植物可以合成天然橡胶，但从橡胶的产量、质量、采胶与提取的难易程度以及经济效益上考量，仅有巴西橡胶可以作为一种具有商业开发价值的经济作物。目前巴西橡胶树已在世界范围内大规模种植，成为天然橡胶的唯一来源[2]。我国是天然橡胶消费大国，据统计，2010年我国天然橡胶使用375.3万t，而产量仅为68.8万t[3]。如何提高我国的橡胶产量成为亟待解决的问题。但近年来多种橡胶树病害的暴发严重影响天然橡胶的产量，据统计，约1/4的橡胶损伤来自于橡胶树的病害问题。目前影响最为严重的是白粉病、炭疽病、死皮病以及根病。

目前，对于巴西橡胶树病害主要使用化学防治，通过化学药剂抑制病原菌。但诸多问题的存在使化学防治并不理想，如化学药剂造成环境的污染以及病原菌抗药性的产生，而防治橡胶树炭疽病的化学药剂种类贫乏且价格昂贵，并不适合大规模推广。随着科技的进步，对于巴西橡胶树的研究从形态学、生理学、栽培学向着更加深入的分子生物学水平发展。对橡胶树病害的防治也从化学药剂向着抗病基因工程的方向发展。据报道，橡胶树抗病基因工程的推广可以将橡胶产量整体提高10%~20%[4]。笔者就巴西橡胶树抗病性相关基因的研究进展进行综述。

1Mlo基因

Mlo基因是植物重要的抗病基因，该基因的隐性突变可使植物获得广谱持久的抗病性[5]。Mlo基因在大麦、小麦、水稻、拟南芥、烟草中被发现，其广谱持久的抗病性也在一些植物中被验证。覃碧等[6]运用同源搜索手段，将葡萄Mlo9基因作为探针，对巴西橡胶树的EST数据库进行搜索，拼接搜索结果，获得Mlo9基因的cDNA序列。再通过RT-PCR获得Mlo9基因，为其命名为HbMlo9。通过软件分析蛋白结构域发现，其相对保守，包含9次跨膜结构和1个N端信号肽。并且HbMlo9与蓖麻Mlo相似性高达88%，与桃Mlo相似性达到79%。此研究为验证Mlo9基因在巴西橡胶树抗病中的功能奠定基础。

2含锰的超氧化物歧化酶(MnSOD)基因

超氧化物歧化酶(SOD)作为巴西橡胶树体内重要的酶，担任着活性氧的清除以及保护黄色体膜免受氧自由基侵袭的任务。研究发现，超氧化物歧化酶的降低会造成橡胶树乳管细胞早衰以及生理紊乱等病害，其与死皮病的发生有着密切的关系[7]。Miao等[8]将烟草含锰的超氧化物歧化酶基因作为探针，搜索出巴西橡胶树的MnSOD基因，通过RT-PCR技术反转录出巴西橡胶树MnSOD基因的全长cDNA。在之后的研究中进一步验证了橡胶树MnSOD基因为一个多基因家族。

3橡胶凝集因子基因

橡胶凝集因子可以与几丁质结合，分子量为4.7kD，为单链结构。其存在于巴西橡胶树乳管细胞特化的液泡内。橡胶凝集因子对于真菌的侵袭具有一定的抗性，在橡胶粒子的凝絮和乳胶的凝固工程中具有重要作用。Deng等[9]通过RT-PCR技术反转录出一段橡胶凝集因子基因，并将启动子通过染色体步移法获得。

4死皮病相关基因

橡胶树有2种死皮病，一种为褐皮病，由于其发生率不高且造成经济损失不大并不作为研究的重点。另一种死皮病为割面干枯病，对于各地巴西橡胶树种植都造成严重危害，是一种复杂的生理综合症，研究也较为广泛。黄贵修等[10]通过简并PCR法将4种在死皮病橡胶树中未出现的DNA片段扩增出来，以Hb1、Hb2、Hb3、Hb4命名。并发现

Hb1在死皮病橡胶树中的表达受到较强抑制。Chen等[11]将Hb1全长基因进行克隆，并将其命名为HbMyb1。张云霞[12]将与HbMyb1启动子序列结合的Hb2基因通过酵母单杂交技术克隆出来，并证明Hb2基因在不同品系的胶乳中差异不大，但在死皮病橡胶树中表达水平较低。

5几丁质酶基因

几丁质酶作为重要的抗病酶，其在橡胶树受到病原菌侵袭时可以有效地裂解病原菌细胞壁的几丁质，保护橡胶树不受侵染。其在正常时表达不高，但有病原菌侵染时，其表达水平会显著增高[13]。黄瑾等[14]从橡胶树中克隆得到935bp的几丁质酶基因，并发现几丁质酶基因在不同橡胶树品系中表达水平存在差异。

6其他

除上述的抗病性相关基因，程汉等[15]还克隆出抗寒相关基因CBF1的全长序列；罗安定等[16]发现了一条与抗白粉病连锁的AFLP标记；游启孙等[2]对巴西橡胶NBS-LRR抗病基因类似物多样性进行了分析；β-1，3-葡聚糖酶基因也被研究人员克隆出来。这些抗病性相关基因研究的不断深入，为科研工作者进一步认识巴西橡胶树的抗病机制奠定了基础。

7总结与展望

综上所述，研究者对于巴西橡胶树抗病相关基因的研究取得了阶段性的成果，对于Mlo基因、含锰的超氧化物歧化酶基因、橡胶凝集因子基因、死皮病相关基因、几丁质酶基因的了解也逐渐深入。但相较于粮食或模式植物而言，橡胶树在分子水平的研究起步较晚，研究基础不足，研究时间较为滞后。虽然研究者不断探索巴西橡胶树抗病相关基因的克隆方法及其生物学功能，但使用方法较为单一，最为常用的手段是使用异源同类基因作为探针，从巴西橡胶树cDNA文库中钓取相关抗病基因，而直接克隆出新的抗病相关基因的情况较少。而这种依赖于异源同类基因的研究方法很难从整体水平上把握巴西橡胶树的致病机制和抗病机制。为了克服此弊端，研究者应该更加深入研究抗病相关基因与病害发生的分子机制，完善橡胶树的遗传转化体系，构建橡胶树的遗传图谱。运用基因组学、转录组学以及蛋白质组学的研究方法，从基因、RNA以及蛋白质的整体水平研究巴西橡胶树的疾病发生机制以及抗病相关机制，为橡胶树病害的防治提供理论基础。

参考文献

[1] 史敏晶，程成，田维敏.低温促进巴西橡胶树排胶的生理基础[J].热带作物学报，2015，36(1)：92-96.

[2] 游启孙，莫廷辉，曾丽星，等.巴西橡胶NBS-LRR抗病基因类似物多样性分析[J].南方农业学报，2013，44(3)：371-376

[3] 徐文英.中国天然橡胶生产现状及进口情况分析[J].中国橡胶，2010(11)：4-7.

[4] 邹智，杨礼富，王真辉.巴西橡胶树转基因研究现状与展望[J].中国生物工程杂志，2010(1)：85-92.

[5] LIU Q，ZHU H.Molecular evolution of the MLO gene family inOryzasativaand their functional divergence[J].Gene，2008，409(1/2)：1-10.

[6] 覃碧，王萌，林雨见，等.巴西橡胶树 HbMlo9 基因克隆及其序列特征分析[J].热带农业科学，2013，33(8)：47-52.

[7] 许闻献，校现周.橡胶死皮过氧化物酶同工酶和超氧化物歧化酶同工酶的研究[J].热带作物学报，1988，9(1)：31-36.

[8] MIAO Z H，JOHN J G.Molecularcloning，characterization and expression of Mn superoxide dismutase from the rubber tree(Hevea brasiliensis)[J].Plant Molecular Biology，1993，23：267-277.

[9] DENG X D，FEI X W，HUANG J S.Isolation and analysis of rubber hevein gene and its promoter sequence [J].Acta botanica sinica，2002，44(8)：936-940.

[10] 黄贵修，吴坤鑫，陈守才.利用mRNA差别显示技术分离橡胶树死皮病相关cDNA.热带作物学报，2002，23(3)：36-42.

[11] CHEN S C，PENG S Q，HUANG G X，et al.Association of decreased expression of a Mby-related transcription factor with the TDP(tapping panel dryness)disease in rubber treeHeveabrasiliensis[J].Plant molecular biology，2003，51(1)：51-58.

[12] 张云霞.巴西橡胶树HbMybl调控基因的克隆及表达[D].儋州：华南热带农业大学，2005.

[13] 陈三凤.几丁质酶研究历史和发展前景[J].微生物通报，1993，20(6)：156-160.

[14] 黄瑾，校现周，金志强.橡胶树胶乳几丁质酶基因表达的品种差异[J].热带作物学报，2004，25 (1)：2-4.

[15] 程汉，安泽伟，黄华孙.巴西橡胶树CBF1基因的克隆和序列分析[J].热带作物学报，2005，26 (3)：50-55.

[16] 罗安定，陈守才，吴坤鑫，等.AFLP在橡胶树优异种质研究中的应用[J].植物学，2001，43(9)：941-947.

收稿日期2015-10-28

作者简介冯素萍(1972- )，女，河南汝州人，副教授，博士，从事植物分子育种研究。*通讯作者。

基金项目国家自然科学基金项目(31100495)；海南省自然科学基金项目(314084)。

中图分类号S 794.1

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)33-191-01