【正文】 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，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)和學科發(fā)展中提煉關(guān)鍵科學問題，創(chuàng)建 特色研究體系 。 本項目緊密結(jié)合學科創(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?crosstalk）、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的新興研究領(lǐng)域，存在若干重要的科學問題亟待闡明。國際 上，包括 RdDM 途徑的表觀遺傳學研究主要集中在植物自身的開花發(fā)育調(diào)控和非生物脅迫應答?？共?RNA 沉默 的 研究也主要 集中 在擬南芥和煙草上 。表觀遺傳機制應答生物脅迫和作物的抗病沉默機制的研究的報導寥寥無幾。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，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 xa1 Xa30， Pigm、 Pid ROD OsNPR 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 ’和 ‘復雜性狀 ’的研究方法，利用正向、反向遺傳學和表觀遺傳學，并結(jié)合生物信息學、蛋白組學、現(xiàn)代生物化學等研 究技術(shù)，系統(tǒng)剖析 作物對重要病原菌的識別機制與應答的信號網(wǎng)絡，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. 新的目標視野。 本項目除了要在植物免疫學科領(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。 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， 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 2020 年 5 月第 349 次 香山科學會議 《植物先天免疫機制》、 2020 年 2 月第 9 次中國科學院 上海交叉學科論壇 《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)鍵的科學問題與重點研究方向，研究思路明確，目標集成可行性強。 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?；Ｆ渌嚓P(guān)的平臺 , 如表觀遺傳、蛋白組學、表達組學、生物信息學、植物病理學、生物化學、蛋白質(zhì)相互作用、細胞生物學等現(xiàn)代生物學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提供了可靠的保障。 4. 研究基礎(chǔ)較好 。通過承擔國家 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、植物免疫、作物抗病性、病原菌基因組學、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)表于國際重要學術(shù)期刊如 Cell 及其系列 , Nature 系列 , Science, Plant Cell, PNAS, Genome Research, EMBO J, Cell Host amp。 Microbes, PLoS Pathogens， Journal of Virology, Plant Journal, Plant Physiology, Molecular MicrobePlant 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和植物病理學工作多年，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 預期目標 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隆 ； 構(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γ ray輻射誘變和 EMS化學誘變抗病品種 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隆 ； 。建立分離 LPS 結(jié)合蛋白的生物化學標記體系。 5. 采用激光顯微切割，結(jié)合禾谷鐮孢活體熒光標記、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1. 分離鑒定 PTI 途徑基因 12 個；分離鑒定 ETI 途徑基因 12 個；克隆病原菌效應蛋白基因 12 個； 得到與MEKK1 結(jié)合的候選蛋白； 鑒定抗病蛋白下游 組份 12 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誘導水稻的防御反應的能力；構(gòu)建 35 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 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)建相應的水稻研究株系。 8. 構(gòu)建水稻 OsNPR1 基因的遺傳學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 Yr 研究內(nèi)容 預期目標 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預測 。 7. Xoo誘導 水稻小 RNA 的 Solexa 測序建立 miRNA 與 siRNA 表達譜 。 RNAseq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后對相應的稻瘟病菌發(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?。凰究拱兹~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 ； 新型等位基因的克隆：克隆水 稻 PID3 基因以及小麥 YrYr18 和 Yr36 的新型等位基因 ； 小麥EDR1 和 EDR2 基因的獲得 ； 10. 構(gòu)建 xa5Xa21Pid2Pid3 聚合載體和Yr10Yr18Yr36 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記聚合育種：利用基因標記，將水稻 xa Xa2 Pid2 和Pid3 基因轉(zhuǎn)育我國超級雜交稻的恢復系親本 9311 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記聚合育種： 利用基因標記，將小麥Yr 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”。 Yr18 和 Yr36 新型等位基因 35 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