Rsv1抗病基因位点在多个豆科植物中的结构差异与功能化机制

植物抗病基因（R基因）位点在不同植物基因组中的结构差异巨大；就功能而言，抗病基因产物能够直接（以"基因对基因模式"）或间接（以"保卫模式"）识别入侵病原释放的非毒性因子，从而激发自身的防御反应。那么，R基因位点的不同结构及相应功能是如何演化而来的呢？本项目拟选取有重要经济价值的四种豆科植物，包括大豆、四季豆、蒺藜苜蓿、百脉根及其多个品种，针对已经演化出众多功能性抗病基因的Rsv1（抗大豆花叶病毒）位点，研究该位点上R基因成员的演化规律及其与识别模式之间的相关性；在种间及种内不同品种间比较研究Rsv1位点R基因的分布模式与演化差异，分析其可能的原因；并通过基因沉默技术平台，高通量筛选Rsv1位点上的功能性R基因，研究其功能化机制，从而从三个方面揭示该位点上R基因的结构和功能的演化。

本研究项目以抗大豆花叶病毒（Soybean Mosaic Virus，SMV）基因Rsv1所在的NBS-LRR型抗病基因复合位点为研究对象，详细调查了Rsv1位点同源基因在苜蓿、木豆、四季豆和大豆等多个豆科植物中的保存情况；选取多个栽培大豆品种进行Rsv1同源基因的扩增、克隆与测序，将所得到的序列与豆科植物基因组中鉴定的其他NBS-LRR型R基因一起构建了系统演化树，从而清晰地了解到Rsv1位点所含抗病基因属于豆科植物nTNL型R基因的第45家族（nTNL-45），该家族在豆科植物的祖先及分化早期保持为单基因位点，但在木豆、四季豆和大豆的祖先中分化成15个亚家族，这些亚家族在木豆、四季豆和大豆中逐步发生了分化保存与特异性扩张现象，其中的11个亚家族在大豆基因组中得以继承；作为主体， Rsv1位点所在的13号染色体继承了其中的第1，2，3，9，10和11共6个亚家族。为了保障后续不同功能抗病基因的筛选工作，我们从我国不同大豆产区分离得到了大量SMV及菜豆普通花叶病毒（Bean Common Mosaic Virus，BCMV）阳性样本，并对这些样本进行了全基因组测序与演化分析，使我们对这些病原的种群结构及演化特征有了全面了解。我们还选取合适的抗性大豆品种与感性品种构建了杂交系，对抗性品种PI96983中Rsv1位点上的功能抗SMV基因进行了精确定位，发现该基因位于SSR标记13_1133与13_1138之间，进一步研究显示，其对应nTNL-45家族在大豆中发生近期特异性扩张的第1亚家族，从而说明该亚家族在大豆SMV抗性功能的演化上很可能起到至关重要的作用。为了对定位区间内的多个候选抗SMV基因成员进行功能验证工作，我们经过努力尝试，成功构建了大豆转基因平台。综合而言，本项目围绕特定的Rsv1复合R基因位点，深入研究了该位点在多个豆科植物物种间的结构差异和演化关系；并通过构建杂交系，对功能性抗SMV基因加以精确定位，成功筛选到了大豆Rsv1位点上的功能性抗SMV基因所在区间和候选抗病基因，显示了特定结构变异的功能化机制。同时，构建了大豆转基因平台，对定位区间内的候选抗病基因进行功能验证；对大量大豆花叶病原的样本采集与演化分析，也从病原方面对候选R基因的功能验证工作提供了坚实保障。

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