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李峰等
, 2011,
植物
NBS-LRR
类抗病基因的研究进展
,
分子植物育种
(online) Vol.9 No.108 pp.1784-1790 (doi: 10.5376/mpb. cn.2011.09.0108)
1786
LRR
类型；而当最后一个氨基酸为天冬氨酸
(D)
时，
则该基因为
TIR-NBS-LRR
类抗病基因。亚麻的抗
锈病基因
L6
和烟草抗花叶病毒基因
N
基因都属于
TIR-NBS-LRR
类抗病基因，而拟南芥的抗丁香假单
孢杆菌基因
RPS2
和
RPS5
则属于
non-TIR-NBS-LRR
类抗病基因
(Seehalak et al., 2011)
。
3 NBS-LRR
的结构与功能
NBS (nucleotide binding site, NBS)
即核苷酸结
合位点。
NBS
区域主要负责
ATP
的水解以及释放
信号，
NBS
存在于真核生物的许多蛋白中，如
ATPase
，延伸因子异质三聚体，
GTP
结合蛋白，
R
基因编码蛋白，这些蛋白对细胞的生长分化，细胞
骨架的形成，小泡的运输和防御反应都有关键性作
用
(
秦跟基等
, 1999)
。
NBS
有三个区域组成
(
李春来和张怀渝
, 2004)
。
第一区域为
P-LOOP
，又称
Kinase-a
；第二区域为
kinase
-
2a
；第三区域为
Kinase
-
3a
。
LRR (leucine-r ich repeats, LRR)
即富含亮氨酸
重复。
LRR
是长度在
24
个氨基酸之内的多重重复，
它含有多个亮氨酸或其它亲水残基，也可含有较规
律分配的脯氨酸和天冬氨酸，从而决定着含
LRR
蛋白的晶体结构
(Dixon et al., 1996)
。有人认为
LRR
为蹄铁状结构
(
孙文丽等
, 2008)
，也有人认为为近似
卷曲弹簧的三维结构
(
李春来和张怀渝
, 2004)
。
LRR
是蛋白质，在有机体中占有较大面积，它是蛋白质
相互作用的平台，而且是蛋白质活化作用的调控构
件，在功能方面这种富亮氨酸的结构域决定着与配
体
(
Avr
基因的产物
)
结合的专一性
,
即决定了寄主与
病原的特异性识别，在一定程度上可以解释基因对
基因的相互作用。氨基末端以及羰基末端区域的
LRR
具有不同的功能，氨基末端区域的
LRR
具有
调节活化的作用，位于羰基末端区域的
LRR
具有
识别细菌的功能
(Belkhadir et al., 2004)
。
Dixon
等
(1996)
提出了
LRR
促进
R
基因产物与其它参与抗病
信号传导的蛋白之间的结合等模型。植物在识别病
原菌变化时，氨基酸替换和
LRRs
的数目会发生变
化，这可使植物获得新的抗性。
Tamura
等
(2011)
也
认为植物识别病原物的能力取决于
R
基因的类型，
而新的
R
基因获得可以通过氨基酸替换和发生在编
码
LRR
的区域内的
LRRs
重复数目的改变而得到。
NBS-LRR
蛋白为组配各种假定的调控因子提供
了平台
(CC, TIR, NBS,
氨基末端
LRR
结构
)
，这些
调控因子对于信号的控制来说是必须的，这些区域
可能与位于分子内部的羰基末端的
LRR
调控区域
相联系。
NBS-LRR
蛋白通过传动能产生一些潜在
的信号，
NBS-LRR
蛋白信号发送的能力受到两方
面的控制，这两方面都与负调控相关，一方面是激
活作用，
NBS-LRR
蛋白是动态的而且会受到不适
当的激活而变得不稳定。另一方面是灭活作用，不
适当的激活对细胞有毒害的影响，但是负调控可通
过钝化作用
(
灭活作用
)
进行调节，这样就建立了稳
定的而且具有活性信号的构象
(Belkhadir et al., 2004)
。
4
抗病基因同源序列的获得及其在染色体上
定位
目前所做植物上的抗病基因同源序列的分离
与鉴定大部分都是根据
NBS-LRR
的保守区段进行
引物的设计，根据已克隆的
NBS-LRR
类抗病基因
保守区域
P-loop
和疏水结构域
(GLPLAL)
设计引物，
采用
PCR
技术从植物组织
DNA
或
cDNA
中扩增和
分离得到
RGAs
，如小麦
(
王海燕等
, 2006)
﹑甘蔗
(
阙
友雄等
, 2009a)
﹑水稻
(
杨勤忠等
, 2001)
﹑拟南芥
(
王
岩等
, 2009)
﹑香蕉
(
袁克华等
, 2009)
﹑斑茅
(
阙友雄
等
, 2009b)
﹑巴西橡胶
(
张影波等
, 2009)
﹑花生
(
刘宇
等
, 2010)
﹑咖啡
(Hendre et al., 2011)
﹑棉花
(Azhar et
al., 2011)
﹑野生稻
(
徐靖等
, 2010)
﹑草莓
(Martinez
Zamora et al., 2004)
。虽然尚未成功地克隆出抗病基
因
,
但却分离到许多结构上与
R
基因类似的序列，这
些序列均含有
NBS-ARC
保守结构域，与已知抗病
基因相应区域相一致具有抗病基因
NBS
特征结构
域
(P
环
,
激酶
2a
等
)
。经氨基酸序列同源性比对得
到的
RGAs
片段具有典型的
NBS
结构域，即
P-loop
(GGVGKTT)
，
Kinase
-
2a (VLDDVW)
，
Kinase
-
3a
(GSR/KILVTTR)
结构以及疏水结构域
HD (hydrop-
hobic domain) (
阙友雄等
, 2009a)
。一些抗病基因同源
序列可以与抗病基因归于一类，但同源性都不太高。
目前，研究者利用
NBS-LRR
设计引物得到
RGAs
，再通过与分子标记相结合，借助其遗传图
谱将
RGAs
定位在染色体上，从而逐步找到抗病基
因。如
Madsen
等
(2003)
研究大麦的抗病性，他们先
根据
NBS-LRR
保守区段设计引物进行
PCR
，克隆，
从而得到
RGAs
。再结合
RFLP
分子标记技术，将
这些
RGAs
定位在大麦的遗传图谱上，而且这些
RGAs
大都紧邻在已知的抗病基因附近。最终得出
RGAs
可能就是抗病基因候补片段这一重要结论。
另外
Soriano
等
(2005)
也利用相同的技术手段将杏
子的一些
RGAs
定位在遗传图谱上。
Collins
等
(1998)