植病流行的遗传学基础课件.ppt

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1、关于植病流行的遗传学基础第1页，此课件共40页哦pFlor对亚麻锈病菌致病性遗传进行了十多年对亚麻锈病菌致病性遗传进行了十多年的研究，发现了抗病性与致病性之间的对立的研究，发现了抗病性与致病性之间的对立关系，于关系，于1954年提出基因对基因假说。年提出基因对基因假说。一、一、FlorFlor的基因对基因假说的基因对基因假说第2页，此课件共40页哦p认为在寄主植物中控制抗病性或感病性的基认为在寄主植物中控制抗病性或感病性的基因与在病原菌中控制无毒性或毒性的基因是因与在病原菌中控制无毒性或毒性的基因是相对应的，针对寄主植物的每一个抗病基因，相对应的，针对寄主植物的每一个抗病基因，病原菌中迟早也会

2、出现一个相对应的毒性基病原菌中迟早也会出现一个相对应的毒性基因。因。一、一、FlorFlor的基因对基因假说的基因对基因假说第3页，此课件共40页哦p在在自然生态系统中自然生态系统中，寄主植物和病原物在生长期的协同，寄主植物和病原物在生长期的协同进化过程中相互选择、相互适应，达到相互依存的动态进化过程中相互选择、相互适应，达到相互依存的动态平衡状态，表现为病害经常存在，寄主与病原物共存，平衡状态，表现为病害经常存在，寄主与病原物共存，病害水平不高，偶尔爆发流行但局限于一定时间和空间病害水平不高，偶尔爆发流行但局限于一定时间和空间中，经过一定时间的自动调节，病害又回复到原来的平中，经过一定时间的

3、自动调节，病害又回复到原来的平衡状态。衡状态。二、自然生态系统中植物群体的遗传防御二、自然生态系统中植物群体的遗传防御第4页，此课件共40页哦p从遗传学观点来说，在平衡状态下寄主植从遗传学观点来说，在平衡状态下寄主植物对于病原物的侵染是具备了一套物对于病原物的侵染是具备了一套防御机防御机制制，理解这套防御机制可以为农业生态系，理解这套防御机制可以为农业生态系统中建立病害管理系统提供依据和模板。统中建立病害管理系统提供依据和模板。第5页，此课件共40页哦1 1、寄主植物和寄生物协同进化、寄主植物和寄生物协同进化 p协同进化是一个基因调节的过程，寄主植物和病原协同进化是一个基因调节的过程，寄主植物

4、和病原物在相互选择压力下，各自调节有利于防御病原物物在相互选择压力下，各自调节有利于防御病原物侵袭（寄主）和有利于侵染寄主（病原物）的基因侵袭（寄主）和有利于侵染寄主（病原物）的基因频率，相互适应，结果各自形成由这些基因所控制频率，相互适应，结果各自形成由这些基因所控制并在一定环境下表现出来的性状，并在一定环境下表现出来的性状，即寄主植物的抗即寄主植物的抗病性和病原物的致病性。病性和病原物的致病性。第6页，此课件共40页哦1 1、寄主植物和寄生物协同进化、寄主植物和寄生物协同进化 p抗病性和致病性均是由基因控制的表现性状，控制这些抗病性和致病性均是由基因控制的表现性状，控制这些性状的基因分别称

5、为性状的基因分别称为抗性基因抗性基因(Resistant gene)和和毒性毒性基因基因(Virulent gene)。第7页，此课件共40页哦p基因通过重组和突变，经常发生变异。基因通过重组和突变，经常发生变异。p在一个生物群体中，哪些基因保留下来，哪些基在一个生物群体中，哪些基因保留下来，哪些基因在进化过程中消失了或者说它们在群体中出现因在进化过程中消失了或者说它们在群体中出现的频率下降了，这是由许多内外因素决定的复杂的频率下降了，这是由许多内外因素决定的复杂的问题。的问题。第8页，此课件共40页哦p在一个寄主和寄生物在一个寄主和寄生物协同进化的系统协同进化的系统，如果其它条，如果其它条件

6、不变，两个种群的遗传组成在很大程度上决定于相件不变，两个种群的遗传组成在很大程度上决定于相互施加的选择压力，并通过遗传反馈，各自进行自我互施加的选择压力，并通过遗传反馈，各自进行自我调节，结果导致生态系统中种群和群落的稳定。调节，结果导致生态系统中种群和群落的稳定。第9页，此课件共40页哦2 2、植物抗病性的遗传学类型和流行学类型、植物抗病性的遗传学类型和流行学类型 p遗传学工作者在研究植物抗病性时，采用遗传学工作者在研究植物抗病性时，采用寡基因抗性寡基因抗性和多基因抗性和多基因抗性、主效基因抗性和微效基因抗性主效基因抗性和微效基因抗性、小小种专化抗性和小种非专化抗性种专化抗性和小种非专化抗性

7、等，这些都可以区分等，这些都可以区分为为专化抗性专化抗性和和一般抗性一般抗性。（1 1）遗传学类型）遗传学类型 第10页，此课件共40页哦2 2、植物抗病性的遗传学类型和流行学类型、植物抗病性的遗传学类型和流行学类型 o1963年年Vanderplank提出提出垂直抗性垂直抗性和和水平水平抗性抗性。（2 2）流行学类型）流行学类型第11页，此课件共40页哦p通常通常专化抗性专化抗性表现明显抗性程度高，遗传简单，容表现明显抗性程度高，遗传简单，容易培育利用，但抗性不持久，容易被病原物的新小易培育利用，但抗性不持久，容易被病原物的新小种所克服而丧失抗性。种所克服而丧失抗性。p一般抗性一般抗性则相反

8、，抗性程度较低，因大都是多基因则相反，抗性程度较低，因大都是多基因遗传的，分析培育比较困难，但抗性持久，不易遗传的，分析培育比较困难，但抗性持久，不易丧失。丧失。第12页，此课件共40页哦p植物抗病性是一种复合性状，专化抗性和一般抗植物抗病性是一种复合性状，专化抗性和一般抗是结合存在的。是结合存在的。一般抗性是普通存在的一般抗性是普通存在的，一个品，一个品种只要有抗性就必然有一般抗性。种只要有抗性就必然有一般抗性。第13页，此课件共40页哦p微效基因：微效基因：对于同一性状的表型来讲，几个非等位基对于同一性状的表型来讲，几个非等位基因中的每一个都只有部分的影响，这样的几个基因称因中的每一个都只

9、有部分的影响，这样的几个基因称为累加基因或多基因。在累加基因中每一个基因只有为累加基因或多基因。在累加基因中每一个基因只有较小的一部分表型效应，所以又称为微效基因。较小的一部分表型效应，所以又称为微效基因。p主效基因：主效基因：相对于微效基因来讲，由单个基因决定相对于微效基因来讲，由单个基因决定某一性状的基因称为主效基因。某一性状的基因称为主效基因。第14页，此课件共40页哦p垂直抗性垂直抗性(vertical resistance)：一个作物品种是抵抗一种一个作物品种是抵抗一种病原物的某些小种而不抵抗其它小种，我们称它的抗性是病原物的某些小种而不抵抗其它小种，我们称它的抗性是垂直抗性。垂直抗

10、性。p水平抗性水平抗性(horizontol resistance)：一个作物品种的抗性是一个作物品种的抗性是普遍一致地对病原物的所有小种的，我们称它是水平抗性。普遍一致地对病原物的所有小种的，我们称它是水平抗性。第15页，此课件共40页哦 专化抗性专化抗性 一般抗性一般抗性 单基因抗性单基因抗性 多基因抗性多基因抗性 寡基因抗生寡基因抗生 复基因抗性复基因抗性 主效基因抗性主效基因抗性 微效基因抗性微效基因抗性 小种专化抗性小种专化抗性 非小种专化抗性非小种专化抗性 真正抗性真正抗性 田间抗性田间抗性 质的抗性质的抗性 量的抗性量的抗性 幼苗抗性幼苗抗性 成株抗性成株抗性一些表达抗病性的遗传

11、学类型的名称一些表达抗病性的遗传学类型的名称第16页，此课件共40页哦p1980年年Mackenzie提出提出“野生植物群体一般兼具有主野生植物群体一般兼具有主效和微效基因系统效和微效基因系统”的保护，并提出可以把主效基的保护，并提出可以把主效基因想象成因想象成寄主植物的第一道防线寄主植物的第一道防线，病原物能否突破，病原物能否突破这道防线，决定于病原物小种是否具有与寄主起亲和反这道防线，决定于病原物小种是否具有与寄主起亲和反应的基因；应的基因；p而病原物群体中各个体间的亲和性差别是小种的差别而病原物群体中各个体间的亲和性差别是小种的差别（毒性）。（毒性）。3 3、野生寄主与植物群体对于病害的

12、遗传防御、野生寄主与植物群体对于病害的遗传防御第17页，此课件共40页哦p第二道防线是水平抗性第二道防线是水平抗性，是对突破第一道防线之后的所，是对突破第一道防线之后的所有小种起作用，它决定着寄主有小种起作用，它决定着寄主-寄生物的感受性。寄生物的感受性。p病原物群体中与寄主水平抗性相当的感受性差别称为病原物群体中与寄主水平抗性相当的感受性差别称为侵袭力。侵袭力。第18页，此课件共40页哦三、植病流行与寄主三、植病流行与寄主-病原物的遗传关系病原物的遗传关系p从寄主植物群体对于病害的遗传防御角度来看，从寄主植物群体对于病害的遗传防御角度来看，病害所病害所以会成为流行状态，主要有三种原因以会成为

13、流行状态，主要有三种原因：n未曾有协同进化关系的寄主植物与病原物遭遇；未曾有协同进化关系的寄主植物与病原物遭遇；n寄主植物的遗传防御机制脆弱，遭受毒性强的病原物小寄主植物的遗传防御机制脆弱，遭受毒性强的病原物小种侵袭而造成流行；种侵袭而造成流行；n寄主植物的抗性丧失，造成定向选择，促进病原物毒性小寄主植物的抗性丧失，造成定向选择，促进病原物毒性小种大量增殖发展。种大量增殖发展。第19页，此课件共40页哦农作物的遗传一致性与病害流行农作物的遗传一致性与病害流行 p历史上的食用植物不少于历史上的食用植物不少于3000种，但现在主要为种，但现在主要为15种粮食作物，种内品种数目也愈来愈集中。种粮食作

14、物，种内品种数目也愈来愈集中。p随着栽培作物种类和品种的减少，它们的遗传基础愈来随着栽培作物种类和品种的减少，它们的遗传基础愈来愈狭窄。愈狭窄。p在大面积上连片种植的农作物出现遗传一致性，容易在大面积上连片种植的农作物出现遗传一致性，容易遭受病虫等不利环境的损害，这种状态称为遗传性脆遭受病虫等不利环境的损害，这种状态称为遗传性脆弱或遗传脆弱性。弱或遗传脆弱性。第20页，此课件共40页哦第十一章第十一章植病流行的分子植病流行的分子 生物学基础生物学基础第21页，此课件共40页哦主要内容：主要内容：第一节第一节 植物病害流行学与分子生物学技术植物病害流行学与分子生物学技术第二节第二节 与病害流行相

15、关的分子生物学技术与病害流行相关的分子生物学技术第三节第三节 分子生物学技术在植物病害流行分子生物学技术在植物病害流行 研究中的应用研究中的应用第四节第四节 植物病害分子流行学展望植物病害分子流行学展望第22页，此课件共40页哦分子流行学的优势：分子流行学的优势：p能够提供更快速、经济、简便和易行的能够提供更快速、经济、简便和易行的方法；方法；p有可能解决传统流行学无法解决的疑难有可能解决传统流行学无法解决的疑难问题。问题。第23页，此课件共40页哦第一节第一节 植物病害流行学与分子生物学技术植物病害流行学与分子生物学技术o宏观研究手段：宏观研究手段：GIS、GPS、RS和卫星监测等。和卫星监

16、测等。o微观研究手段：微观研究手段：分子生物学技术分子生物学技术一、宏观与微观宏观与微观方法的结合是植物病害流行宏观与微观方法的结合是植物病害流行学研究的必然趋势！学研究的必然趋势！二、微观技术为宏观研究服务第24页，此课件共40页哦p在分子水平上研究病原菌群体遗传结构与发展动态，在分子水平上研究病原菌群体遗传结构与发展动态，能有效分析导致病害流行的诸多因素和机制；能有效分析导致病害流行的诸多因素和机制；p针对病原物群体遗传的变化，分析病害区域性流行针对病原物群体遗传的变化，分析病害区域性流行的规律和内在因素，以及病害流行中病原菌进化的的规律和内在因素，以及病害流行中病原菌进化的机制。机制。三

17、、分子生物学技术用于植物病害 流行学研究的特点第25页，此课件共40页哦第二节第二节 与病害流行相关的分子生物学技术与病害流行相关的分子生物学技术p定量测定初始病原菌：定量测定初始病原菌：设计专化性引物设计专化性引物；p研究病原群体的结构变化和遗传相关性：研究病原群体的结构变化和遗传相关性：分子标分子标记记；p研究病原菌群体的进化和病害流行的关系：研究病原菌群体的进化和病害流行的关系：选择有选择有代表性的群体结构特征代表性的群体结构特征。一、确定问题和方法第26页，此课件共40页哦p等位酶（等位酶（allozyme）p限制性片段长度多态性（限制性片段长度多态性（RFLP）p随机扩增多态性随机扩

18、增多态性DNA标记（标记（RAPD）p扩增片段长度多态性扩增片段长度多态性DNA标记（标记（AFLP）p简单序列重复标记（简单序列重复标记（SSR）pDNA序列分析（序列分析（ITS、IGS、16s RNA）二、常见的分子生物学技术二、常见的分子生物学技术第27页，此课件共40页哦三、定量测定：三、定量测定：real-time PCRp实时定量实时定量PCR(real-time quantitative PCR)是指在是指在PCR指数扩增期间通过连续监测荧光信号强弱的变指数扩增期间通过连续监测荧光信号强弱的变化来即时测定特异性产物的量，并据此推断目的基化来即时测定特异性产物的量，并据此推断目的

19、基因的初始量，不需要取出因的初始量，不需要取出PCR产物进行分离。产物进行分离。p实现了实现了PCR从定性到定量的飞跃；从定性到定量的飞跃；p与常规与常规PCR相比，它具有特异性更强、有效解决相比，它具有特异性更强、有效解决PCR污污染问题、自动化程度高等特点。染问题、自动化程度高等特点。第28页，此课件共40页哦四、与病害流行学相关的群体遗传学方法四、与病害流行学相关的群体遗传学方法o研究群体人工进化、动态变化，以及这些变化所导致研究群体人工进化、动态变化，以及这些变化所导致的植物病害的流行。的植物病害的流行。o主要方法：主要方法：研究基因流、基因漂变、突变及频率与机研究基因流、基因漂变、突

20、变及频率与机制、选择作用等。制、选择作用等。o具体分析内容：具体分析内容：基因和基因型频率以及它们的多样性；基因和基因型频率以及它们的多样性；比较两个以上群体的遗传距离并推测基因或基因型交流的比较两个以上群体的遗传距离并推测基因或基因型交流的可能性，以及病原物群体的远距离传播。可能性，以及病原物群体的远距离传播。第29页，此课件共40页哦第三节第三节 分子生物学技术在植物病害分子生物学技术在植物病害 流行研究中的应用流行研究中的应用oPCR鉴定技术步骤：（1）寻找靶标病原菌（种）寻找靶标病原菌（种/小种小种/生物型）特异的生物型）特异的DNA片段，对其序列片段，对其序列进行分析。进行分析。（2

21、）根据）根据DNA序列，设计对靶标病原菌特异的序列，设计对靶标病原菌特异的PCR引物。引物。（3）测定）测定PCR引物的特异性和敏感性。引物的特异性和敏感性。（4）开发经济、简便的）开发经济、简便的DNA提取方法用于病原菌的分子鉴定。提取方法用于病原菌的分子鉴定。一、病原菌诊断一、病原菌诊断第30页，此课件共40页哦二、初始菌量的定量分析二、初始菌量的定量分析1）确定病原菌繁殖速率、病害流行速率及环境影响。）确定病原菌繁殖速率、病害流行速率及环境影响。巢式巢式PCR、实时、实时PCR 2）用于病害指标（普遍率、严重度等）的测定。）用于病害指标（普遍率、严重度等）的测定。RFLP等等三、病原菌群

22、体的时间动态三、病原菌群体的时间动态分析病原菌群体遗传结构、病原群体遗传相似性。分析病原菌群体遗传结构、病原群体遗传相似性。第31页，此课件共40页哦四、病原菌群体的空间动态四、病原菌群体的空间动态p研究病原菌群体结构在空间上的分布及其变研究病原菌群体结构在空间上的分布及其变化、病原菌空间分布与群体结构的内在关系。化、病原菌空间分布与群体结构的内在关系。RFLP、AFLP第32页，此课件共40页哦五、病原菌的远距离传播五、病原菌的远距离传播o用特定的分子标记研究不同地理区域之间病菌群用特定的分子标记研究不同地理区域之间病菌群体遗传结构的关系；体遗传结构的关系；o用研究基因漂流的方法探求病原菌可

23、能的传播途用研究基因漂流的方法探求病原菌可能的传播途径；径；o用系统发育分析方法研究地理远距离区间的基因用系统发育分析方法研究地理远距离区间的基因流动的群体遗传学。流动的群体遗传学。第33页，此课件共40页哦p无性生殖的群体内个体之间不存在基因重组，无性生殖的群体内个体之间不存在基因重组，故无性繁殖的群体的系统发育树的长度要明故无性繁殖的群体的系统发育树的长度要明显短于有性重组繁殖群体的系统发育树的长显短于有性重组繁殖群体的系统发育树的长度。度。AFLP六、病原菌的繁殖方式六、病原菌的繁殖方式第34页，此课件共40页哦ITS序列分析电泳图序列分析电泳图第35页，此课件共40页哦ITS序列分析系统发育树序列分析系统发育树第36页，此课件共40页哦AFLP分析电泳图分析电泳图第37页，此课件共40页哦AFLP分析系统发育树分析系统发育树第38页，此课件共40页哦第十二章第十二章植病流行的计算机模拟技术植病流行的计算机模拟技术及软件应用及软件应用第39页，此课件共40页哦2022-9-7感谢大家观看感谢大家观看第40页，此课件共40页哦