植病流行的遗传学基础精选PPT.ppt

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1、关于植病流行的遗传学基础第1页，讲稿共40张，创作于星期二pFlor对对亚亚麻麻锈锈病病菌菌致致病病性性遗遗传传进进行行了了十十多多年年的的研研究究，发发现现了了抗抗病病性性与与致致病病性性之之间间的的对对立立关关系，于系，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，讲稿共40张，创作于星期二p认认为为在在寄寄主主植植物物中中控控制制抗抗病病性性或或感感病病性性的的基基因因与与在在病病原原菌菌中中控控制制无无毒毒性性或或毒毒性性的的基基因因是是相相对对应应的的，针针对对寄寄主主植植物物的的每每一一个个抗抗病病基基因因，病

2、病原原菌菌中中迟迟早早也也会会出出现现一一个个相相对对应应的的毒毒性性基基因。因。一、一、FlorFlor的基因对基因假说的基因对基因假说第3页，讲稿共40张，创作于星期二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

3、来的平中，经过一定时间的自动调节，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，讲稿共40张，创作于星期二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，讲稿共40张，创作于星期二1 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

4、和病原协同进化是一个基因调节的过程，寄主植物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，讲稿共40张，创作于星期二1 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，控制抗病性和致病性

5、均是由基因控制的表现性状，控制这些性状的基因分别称为这些性状的基因分别称为抗性基因抗性基因(Resistant gene)和和毒性基因毒性基因(Virulent gene)。第7页，讲稿共40张，创作于星期二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，讲稿共40张，创作于星期二p在一个寄主和寄生

6、物在一个寄主和寄生物协同进化的系统协同进化的系统，如果其它条件，如果其它条件不变，两个种群的遗传组成在很大程度上决定于相不变，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。我调节，结果导致生态系统中种群和群落的稳定。第9页，讲稿共40张，创作于星期二2 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，采用寡基因寡基因抗性和多基因抗性抗性和多基因抗性、主效基因抗性和微效基因抗性

7、主效基因抗性和微效基因抗性、小种专化抗性和小种非专化抗性小种专化抗性和小种非专化抗性等，这些都可以区等，这些都可以区分为分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，讲稿共40张，创作于星期二2 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提提出出垂垂直直抗抗性性和和水水平平抗性抗性。（2 2）流行学类型）流行学类型第11页，讲稿共40张，创作于星期二p通通常常专专化化抗抗性性表表现现明明显显抗抗性性程程度度高高，遗遗传传简简单单，容容易易培培育育利利用用，但但抗抗性性不不持持久久，容容

8、易易被被病病原原物物的的新小种所克服而丧失抗性。新小种所克服而丧失抗性。p一一般般抗抗性性则则相相反反，抗抗性性程程度度较较低低，因因大大都都是是多多基基因因遗遗传的，分析培育比较困难，但抗性持久，不易丧失。传的，分析培育比较困难，但抗性持久，不易丧失。第12页，讲稿共40张，创作于星期二p植植物物抗抗病病性性是是一一种种复复合合性性状状，专专化化抗抗性性和和一一般般抗抗是是结结合合存存在在的的。一一般般抗抗性性是是普普通通存存在在的的，一一个个品品种种只要有抗性就必然有一般抗性。只要有抗性就必然有一般抗性。第13页，讲稿共40张，创作于星期二p微效基因：微效基因：对于同一性状的表型来讲，几个

9、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，这样的几个基因因中的每一个都只有部分的影响，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称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。只有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，讲稿共40张，创作于星期二p垂直抗性垂直抗性(vertical resistance)：一个作物品种是抵抗一一个作物品种是抵抗一种病

10、原物的某些小种而不抵抗其它小种，我们称它种病原物的某些小种而不抵抗其它小种，我们称它的抗性是垂直抗性。的抗性是垂直抗性。p水平抗性水平抗性(horizontol resistance)：一个作物品种的抗性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。水平抗性。第15页，讲稿共40张，创作于星期二 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

11、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，讲稿共40张，创作于星期二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；和反应的基因；p而病原物群体

12、中各个体间的亲和性差别是小种的差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）。别（毒性）。3 3、野生寄主与植物群体对于病害的遗传防御、野生寄主与植物群体对于病害的遗传防御第17页，讲稿共40张，创作于星期二p第第二二道道防防线线是是水水平平抗抗性性，是是对对突突破破第第一一道道防防线线之之后后的的所有小种起作用，它决定着寄主所有小种起作用，它决定着寄主-寄生物的感受性。寄生物的感受性。p病病原原物物群群体体中中与与寄寄主主水水平平抗抗性性相相当当的的感感受受性性差差别别称称为为侵袭力。侵袭力。第18页，讲稿共40张，创作于星期二三、植病流行与寄主三、植病流行与寄主-病原物的遗传关系

13、病原物的遗传关系p从从寄寄主主植植物物群群体体对对于于病病害害的的遗遗传传防防御御角角度度来来看看，病病害所以会成为流行状态，主要有三种原因害所以会成为流行状态，主要有三种原因：1.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；2.寄寄主主植植物物的的遗遗传传防防御御机机制制脆脆弱弱，遭遭受受毒毒性性强强的的病病原原物物小小种种侵袭而造成流行；侵袭而造成流行；3.寄寄主主植植物物的的抗抗性性丧丧失失，造造成成定定向向选选择择，促促进进病病原原物物毒毒性性小小种大量增殖发展。种大量增殖发展。第19页，讲稿共40张，创作于星期二农作物的遗传一致性与病害流行农作

14、物的遗传一致性与病害流行 p历历史史上上的的食食用用植植物物不不少少于于3000种种，但但现现在在主主要要为为15种种粮食作物，种内品种数目也愈来愈集中。粮食作物，种内品种数目也愈来愈集中。p随随着着栽栽培培作作物物种种类类和和品品种种的的减减少少，它它们们的的遗遗传传基基础础愈愈来来愈狭窄。愈狭窄。p在在大大面面积积上上连连片片种种植植的的农农作作物物出出现现遗遗传传一一致致性性，容容易易遭遭受受病病虫虫等等不不利利环环境境的的损损害害，这这种种状状态态称称为为遗遗传传性性脆脆弱弱或或遗传脆弱性。遗传脆弱性。第20页，讲稿共40张，创作于星期二第十一章第十一章植病流行的分子植病流行的分子 生

15、物学基础生物学基础第21页，讲稿共40张，创作于星期二主要内容：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，讲稿共40张，创作于星期二分子流行学的优势：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

16、问题。问题。第23页，讲稿共40张，创作于星期二第一节第一节 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学研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！究的必然趋势！二、微观技术为宏观研究服务第24页，讲稿共40张，创作于星期二p在分子水平上研究病原菌群体遗传结构与发展动态，能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；有效分析导致病害流行的诸多

17、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、分子生物学技术用于植物病害 流行学研究的特点第25页，讲稿共40张，创作于星期二第二节第二节 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：分子标记分子标记；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

18、：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，讲稿共40张，创作于星期二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，讲稿共40张，创作于星期二三、定量测定：三、定量测定：real-time PCRp实时定量实时定量PCR(re

19、al-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化来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，并据此推断目的基因的初始即时测定特异性产物的量，并据此推断目的基因的初始量，不需要取出量，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，讲稿共40张，创作于星期二四、与病害流行学相关的群体遗传学方法四、

20、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的植研究群体人工进化、动态变化，以及这些变化所导致的植物病害的流行。物病害的流行。o主要方法：主要方法：研究基因流、基因漂变、突变及频率与机制、研究基因流、基因漂变、突变及频率与机制、选择作用等。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；比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可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。能性，以及病原物群体的远距离传播。第29页，讲稿共40张，创作于星期二第三节

21、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）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，讲稿共40张，创作于星期二二、初始菌量的定量

22、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，讲稿共40张，创作于星期二四、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

23、空间分布与群体结构的内在关系。RFLP、AFLP第32页，讲稿共40张，创作于星期二五、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体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；遗传结构的关系；o用研究基因漂流的方法探求病原菌可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流动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。的群体遗传学。第33页，讲稿共40张，创作于星期二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

24、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，讲稿共40张，创作于星期二ITS序列分析电泳图序列分析电泳图第35页，讲稿共40张，创作于星期二ITS序列分析系统发育树序列分析系统发育树第36页，讲稿共40张，创作于星期二AFLP分析电泳图分析电泳图第37页，讲稿共40张，创作于星期二AFLP分析系统发育树分析系统发育树第38页，讲稿共40张，创作于星期二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，讲稿共40张，创作于星期二2022/10/2感感谢谢大大家家观观看看第40页，讲稿共40张，创作于星期二