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只有人和动物有免疫?NO NO NO!

已有 1007 次阅读 2021-3-2 09:14 |系统分类:科研笔记

植物分子免疫学是研究植物免疫分子机理的一门科学,利用生命科学领域多学科交叉技术,研究植物与病原物相互作用(互作)、病原物致病性、植物对病原物识别和免疫反应的分子基础与调控机制,阐释植物抗病性发生发展规律,为农业生产持续有效地防治作物病害提供理论依据和技术措施。植物分子免疫学属于免疫学的范畴,与其他生命体关系密切。因为植物(包括作物在内)是所有生物赖以生存的基础,植物把太阳能转化为生物化学能,以碳水化合物的形式储存,成为所有生物能量的主要来源和营养的首要来源。


最近半个多世纪,植物病理学和生命科学相关领域取得了丰富的研究成果,其中一个重要理论建树就是摒弃了植物缺乏免疫系统的观点,确认了动植物免疫机制的相似性和独特性。尽管如此,与免疫学家喻户晓的事实相比,植物分子免疫学在大众层面上恐怕还鲜为人知。诚然,《植物分子免疫学》的首要任务是传播专业知识而非科普,但不妨借助植物病理学科人才队伍的影响,使我们这门学科的思想要义成为常识,像文学艺术一样深入大众。如何做到?笔者的办法是:用文学语言书写科学要义。作家钱钟书生前有言:“在非文学书中找到有文章意味的妙句,正像整理旧衣服,忽然在夹袋里发现了用剩的钞票和角子。”大众印象中,科学家通常严肃认真,板着个脸在那里说事。其实科学家面对自然中的未知时,势必苦思冥想,一旦融会贯通,科学就会鲜活起来,可以入诗入画,妙趣横生。


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从专业的角度来讲,植物分子免疫学属于植物病理学的一个分支,是植物病理学研究深入和细致分化的产物。植物病理学研究植物病害的发生原因、流行规律和防治措施,是保障人类生活资源(粮食、蔬菜、水果等)的科学技术门类。在此意义上,植物分子免疫学有厘清食物质量与人体健康之间关系的作用,也能帮助人们懂得并遵循人体健康与人类生息的关系与规律(详见第一章、第二章)。植物免疫反应针对病原物的侵染而发生,分门别类,奥妙无穷。植物病原物包括病毒、细菌、卵菌、真菌、线虫、寄生性植物这些生命机制逐渐复杂的生物类属,受研究的深度大致按这个顺序依次降低。与病原菌(细菌、卵菌、真菌)相比,病毒致病机制相对简单,所以本书偏重病原菌。植物对害虫也会发生免疫反应,即抗虫性,本书将适当兼顾抗虫免疫反应。无论抗病性还是抗虫性,都是免疫反应信号传导的结果。植物细胞膜感受病原物侵染或害虫侵袭的信号,并把这一信号转变为细胞内的生理生化反应,赋予植物抗病或抗虫的能力。因此,本书的主线指向植物免疫反应信号传导。


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植物免疫反应信号传导网络的复杂性,不仅在于每种免疫机制都包含一系列反应,而且还在于不同免疫机制之间的交叉对话。基因对基因、PTI、HCD、ETI、SAR 或基本防卫信号传导通路之间存在交叉调控关系,确保植物能够及时、高效地调动免疫反应,有效抵御病原物侵染和致病性。这些抗病机制还经常与植物激素或非激素信号传导通路发生交叉对话,精准调控免疫反应与生长发育之间此消彼长的博弈权衡(tradeoff)关系,此即免疫反应与生长发育交叉调控的生物学意义(详见第十二章)。凡此种种,恰似《孙子兵法·谋攻》之语“不战而屈人之兵”。不光人类有智慧、植物有这种策略,病原物也如此——对“东家”(寄主植物)采取种种手段微妙渗透“招降纳叛”, 极尽“和平演变”之能事,避免一下子把“东家”惹恼了自己“找死”(详见第四章)。生物的要义在于生,而非“作死”,植物、微生物也“热爱和平”。无奈,资源有限,卧榻之侧,岂容他人鼾睡,冲突总是难免的(详见第五章)。植物病理学科学创新技术发明(详见第十三章、第十四章),都是为了“操纵”作物帮助人类抢占资源,所以本书最后探讨生物技术应用问题,分三节介绍如何利用基因工程或基因编辑技术来防治作物病害(详见第十五章)。

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董汉松,山东莒南人,农学博士,教育部跨世纪优秀人才、国家杰出青年基金资助获得者。山东农业大学植物保护学院/作物生物学国家重点实验室教授、博士研究生导师。从事植物免疫教学和科研工作,发表学术论文196 篇,主编出版学术专著一部、教材两部。先后获得中国青年科技奖、政府特殊津贴、部级科技进步奖一等奖和二等奖、山东省新长征突击手和青年优秀教师等奖励、荣誉18 项,连续入选Elsevier发布的“中国高被引学者”。业余研读文史哲,作诗或写散文。

 

编辑推荐


《植物分子免疫学》为科学出版社“十三五”普通高等教育研究生规划教材,编委团队由来自近40家高校、科研机构等单位的60余位专家组成。主编董汉松教授是一位严谨的自然科学研究学者,同时也是一位才华横溢的诗人。通览《植物分子免疫学》,既包含植物免疫反应信号传导等学科前沿知识,又穿插趣味短文,细品正文背后的故事,还生动介绍了我国植物病理学学科重要奠基人的感人事迹,彰显家国情怀、体现课程思政建设。全书体系完整、深入浅出,并且可以扫二维码观看精美的彩色专业插图。本书既汇集了主编二十年植物分子免疫教学与研究的精粹,也饱含了对于学生如何更好地进行学习、研究乃至立业报国的经验传授和谆谆教导,值得推荐!

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植物分子免疫学

董汉松等 编著

北京:科学出版社,2020.11

ISBN 978-7-03-065992-7

责任编辑:丛楠 张静秋 马程迪


内容简介


《植物分子免疫学》分为15章:第一章绪论,包括学科简历、学科要义、学科基石(我国植物病理学学科重要奠基人);第二章承上启下,简介植物免疫机制类型和物质基础;第三至十二章评介植物与病原物基因对基因互作、由病原物分子模式和效应子分别激发的免疫反应、过敏性细胞死亡和系统性获得抗性等信号传导通路及其交叉调控,阐释植物免疫反应与生长发育之间的博弈关系与运作机制;第十三至十五章介绍植物免疫学研究的基本方法和用于作物病害防治的生物技术(包括基因编辑)。本书章节开宗明义、铺陈有序,穿插短文,审视正文背后的故事;图文并茂,既含精美专业插图,又有著名画家的点睛之作。



本书目录


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目录
前言
第一章 绪论 001
第一节 学科简史 001
一、植物免疫机制要素 001
二、学科百年不完全简史 002
第二节 学科要义 006
一、基因对基因——旗鼓相当必然好戏连台 007
二、HCD——死亡不是没有怜悯 007
三、谋攻总动员——人类在操纵 008
第三节 学科基石 009
第二章 植物免疫机制类型和物质基础 013
第一节 动植物免疫体系概述 014
一、动植物免疫机制的多样性和普遍性 015
二、动植物免疫体系的构成与特征 015
第二节 植物免疫机制的基本类型 016
一、专化抗性与基本防卫 017
二、系统性获得抗性与诱导型系统抗性 017
三、PTI 与ETI 018
四、过敏反应与细胞程序化死亡 019
五、被动抗性与主动抗性 020
六、垂直抗性与水平抗性 021
第三节 植物免疫的结构与生化基础 022
一、先天结构防线 023
二、先天生化防线 024
三、后天结构抗性 025
四、后天生化抗性 025
第三章 基因对基因互作关系 027
第一节 基因对基因假说与证明 027
一、基因对基因假说的实验证据与理论演变 027
二、植物抗病蛋白序列结构特征 029
第二节 基因对基因分子识别 030
一、配体- 受体识别模式 030
二、警卫学说 031
三、R 分子内不同功能域之间的互作 032
第三节 基因对基因信号传导 033
一、通过细胞外LRR 或TIR 功能域识别外源信号并决定抗病特异性 033
二、通过NBS 功能域内的蛋白质磷酸化作用转导外源信号 034
三、通过细胞内LRR 等功能域传递磷酸化信号 034
四、R 基因的功能辅助因子 035
五、峰谷模型 035
六、R-Avr 识别与免疫反应的偶联机制 037
第四章 病原菌效应子分泌和转运 039
第一节 细菌T3 转位子的基本组分 039
一、T3 转位子的基本构型 041
二、植物病原细菌T3 转位子蛋白的生化与结构特征 042
三、水稻白叶枯病菌T3 转位子组分 043
第二节 T3 转位子在目标细胞膜上的组装机制 043
一、T3 转位子蛋白在目标细胞膜上的受体 044
二、T3 转位子组装的分子三通道模式 045
第三节 卵菌和真菌效应子转运机制 047
一、卵菌效应子转运机制 047
二、真菌效应子转运机制 050
第五章 植物先天免疫信号传导通路 053
第一节 PTI 信号识别与传导 053
一、PRR-PAMP 识别 053
二、PTI 信号传导 055
三、PTI 相关的免疫反应 057
第二节 ETI 信号传导与细菌效应子的作用 057
一、细菌效应子信号传导网络概览 057
二、AvrPto-Pto 信号传导 064
三、AvrXa-Xa 信号传导与类似机制 064
四、TAL 效应子结构与功能 065
第三节 卵菌和真菌效应子的病理功能 070
一、卵菌效应子的病理功能 070
二、真菌效应子的病理功能 072
第六章 植物后天免疫信号传导通路 075
第一节 水杨酸介导的SAR 调控机制 076
一、水杨酸和NPR1 对SAR 的重要性 076
二、NPR1 作为转录因子的作用方式 077
三、NPR1 形态变化与核输入调控机制 077
四、NPR1 降解对“一次性效应模式”的重要性 078
五、NPR1 蛋白质生化修饰 079
六、SAR 调控和NPR1 作用的未知因素 079
第二节 乙烯信号传导通路 081
一、乙烯信号传导环节 081
二、乙烯信号对免疫反应的调控机制 083
三、乙烯对抗病性的调控作用 084
第三节 茉莉酸信号传导通路 085
一、茉莉酸信号传导环节 085
二、茉莉酸对免疫反应的调控作用 087
第七章 细胞程序化死亡信号通路 090
第一节 动物PCD 信号传导 090
一、细胞凋亡效应子 091
二、细胞凋亡调控因子之间的分子接头 091
三、效应子功能调控机制 092
四、线粒体作为细胞凋亡信号中心的作用 092
第二节 植物PCD 信号传导 093
一、类似caspase 的蛋白质对植物HCD 的调控作用 094
二、植物HCD 与动物PCD 功能类似的基因 096
三、不同细胞器对HCD 的作用 096
四、植物HCD 与抗病性的关系 097
第三节 细胞自噬 099
一、细胞自噬调控机制 099
二、细胞自噬与PCD 的关系 100
三、细胞自噬相关蛋白质对HCD 的调控作用 101
第八章 植物免疫反应调控机制 102
第一节 植物免疫反应基因与产物特性 102
一、细胞壁蛋白质 102
二、苯丙烷代谢的关键酶 103
三、PR 蛋白 104
四、过氧化氢酶(POX) 107
五、硫堇 107
第二节 植物免疫反应基因诱导表达方式 108
一、诱导免疫反应基因表达的因子 108
二、植物免疫反应基因表达的时空特点 109
三、免疫反应基因家族不同成员表达的差异性 110
四、免疫反应基因功能多样性 110
第三节 植物免疫反应基因表达调控机制 111
一、免疫反应基因转录调控 111
二、转录因子和共转录因子功能调控 113
三、免疫反应调控基因转录本可变剪接 114
第九章 植物免疫相关的跨膜运输 116
第一节 质外体H2O2 跨细胞膜转运 116
一、AtPIP1;4 调控H2O2 从细胞外向细胞内转运 118
二、AtPIP1;4 联络植物细胞内外免疫信号传导 118
第二节 囊泡运输 119
一、植物囊泡运输途径 120
二、囊泡分泌途径对免疫反应的调控作用 121
三、囊泡胞吞途径对免疫反应的调控作用 122
第三节 核质转运 123
一、分子核输入调控机制 124
二、植物抗病性调控因子核输入问题 125
三、植物核输入载体蛋白对免疫反应信号传导的影响 126
四、植物核孔蛋白对免疫反应的调控作用 126
第十章 水通道蛋白转运免疫信号的机理 128
第一节 PIP 功能调控的基本机制 128
一、植物主要AQP 概览 129
二、PIP 拓扑结构对底物运输的重要性 129
三、PIP 底物运输功能调控的共同机制 130
第二节 PIP 构效关系与分子互作的意义 132
一、AQP 功能多样性 133
二、PIP 结构模型问题 133
三、AQP 分子互作的意义 134
第三节 PIP 承运免疫信号的结构机制 135
一、PIP 介入H2O2 转运与抗病性的分子基础 135
二、AQP 拓扑结构位移与互变异构效应 136
三、PIP 运输H2O2 的结构机制 137
第十一章 植物韧皮部免疫反应 139
第一节 蚜虫取食方式与植物免疫反应的针对性 139
一、蚜虫刺吸韧皮部的行为动态 139
二、植物PBD 的基本组分 141
三、PBD 转录调控模式 142
第二节 小麦MYB 与PBD 之间的功能关系 144
一、小麦MYB 转录因子序列特征与功能预测 144
二、小麦PBD 的可能组分 146
三、小麦MYB 转录因子对PBD 的调控潜力 148
第三节 小麦MYB 与乙烯信号对PBD 的调控作用 148
一、小麦三种MYB 对PBD 调控功能的叠加作用 149
二、小麦PBD 受病菌PAMP 诱导 152
三、小麦PBD 受乙烯信号支配 152
第十二章 植物免疫相关通路交叉调控 154
第一节 生长素与水杨酸信号传导交叉调控机制 154
一、生长素信号传导环节 154
二、水杨酸与生长素交叉调控植物抗病性与生长发育的机制 155
第二节 SAR 与基因组DNA 序列重排 158
一、植物SAR 诱发过程中基因组DNA 序列重排的现象 158
二、SAR 激发子诱导植物基因组DNA 序列重排的可能机制 159
三、SAR 诱发植物基因组DNA 序列重排涉及的信号交叉调控 160
第三节 核黄素与过氧化氢信号交叉互作 160
一、细胞内核黄素与H2O2 产生途径的关系 161
二、植物细胞内核黄素含量变化对电子渗漏的影响 162
三、核黄素与H2O2 含量调节对植物抗病性与开花时间的影响 164
第四节 植物小分子RNA 对免疫反应的调控作用 164
一、小RNA 的基本功能 165
二、植物小RNA 与免疫反应的关系 165
第五节 植物免疫反应与生长发育之间的博弈关系 167
一、植物生长发育与免疫反应交叉调控的表现 168
二、植物发育转型与抗病性调控的关系 168
第十三章 病原物致病机理基本研究方法 170
第一节 致病性研究的基本环节 170
一、病原物小种命名与鉴定原则 170
二、致病性表型测定 171
三、致病性分子机理研究 172
第二节 致病相关基因克隆与重组技术 173
一、基因克隆材料和技术要素 173
二、产生突变体常用的方法 176
三、突变体筛选与目的基因克隆 182
四、病原物突变体筛选示例 184
第三节 致病相关基因功能研究方法 186
一、基因功能遗传分析 187
二、基因产物生化分析 189
三、基因功能组织病理学研究 193
第十四章 植物免疫机制基本研究方法 194
第一节 植物免疫机制研究环节 194
一、重要免疫机制类型的表述 195
二、免疫机制研究的基本环节 196
第二节 免疫反应相关基因功能研究 196
一、基因功能遗传分析 197
二、基因病理功能研究 199
三、基因转录调控功能研究 200
第三节 免疫反应信号传导研究 203
一、信号传导表述与研究要点 203
二、外源信号蛋白制备 208
三、分子识别研究示例 210
四、信号传导研究示例 214
第十五章 作物病害防治生物技术 216
第一节 基因资源利用策略 216
一、针对植物- 病原物互作环节和机理选择基因与技术手段 216
二、针对病害特点或植物- 病原物互作节点选择基因种类和利用方式 217
三、利用生长发育- 免疫反应tradeoff 机制 218
第二节 TALEN 基因组编辑技术 221
一、TALE 与靶标DNA 之间的识别与应用 221
二、作为TALE 靶标的植物感病或抗病基因的改造和利用 222
三、TALEN 技术要点 223
第三节 CRISPR 基因组编辑技术 226
一、CRISPR 技术的工作原理 226
二、CRISPR 技术在植物抗病性研究中的应用 227
第四节 基因工程和单倍体加倍技术 230
一、植物抗病基因工程 230
二、单倍体用作育种选择单位 233
第五节 基因农药 233
一、生物农药概况 233
二、基因农药资源与技术考虑 234
三、重组微生物技术 235
参考文献 237
专业术语索引 244
物种拉丁学名索引 249




(本文编辑:王芳)


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