甘薯（Ipomoea batatas Lam.）原產于南美洲，是重要的糧食、飼料、工業原料及新型能源用塊根作物，目前我國每年種植面積近 500 萬畝， 年總產量占世界甘薯產量的 80%. 然而近年來，由于種薯種苗的頻繁調運和檢疫技術的不完善而導致其病蟲害加重，給甘薯產業的發展造成了很大威脅。 甘薯病害主要包括真菌病、細菌病和病毒病等，開發和利用寄主本身的抗病性是解決病害問題最根本且有效的途徑，1甘薯遺傳上高度雜合且存在種間、 種內雜交不親和現象，這些都加大了通過常規育種來選育優質、高抗甘薯品種的難度。 隨著分子生物學技術的發展，運用轉基因技術進行植物品種改良已成為現實，這也為作物抗病育種開辟了新的途徑， 而獲得優良抗病基因是實現這一目標的前提和基礎， 因此對甘薯抗病基因的相關研究顯得尤為重要。
1 甘薯主要病害的分布及特征、特性
1.1 我國甘薯主要病害區的分布
我國北方薯區以甘薯根腐病、甘薯黑斑病、甘薯莖線蟲病等為主；南方薯區以瘡痂病、蔓割病、薯瘟病、 蟻象危害為主； 長江中下游薯區地處南北交接處，在甘薯病害的表現上多為：離南方薯區近的地方病蟲害多與南方薯區相同， 離北方薯區近的地方病蟲害多與北方薯區相同， 中間地帶則多為貯藏期病害，[1]具體調查結果見表 1.
1.2 甘薯主要病害的特征、特性
甘薯黑斑病又稱黑疤病， 在我國各地均有發生， 是造成甘薯爛窖、 爛床、 死苗的主要原因。 其最適發病溫度為 25℃， 病菌多從傷口侵入。 一般地勢低洼、 陰濕、 土質粘重的地方發病較嚴重， 可通過輪作倒茬、 培育無病壯苗、 藥劑處理種薯等方法來進行防治。
甘薯根腐病多發生在北方薯區， 但近年來有向長江流域以南傳播的趨勢， 給甘薯生產造成極大危害[2]. 該病害為典型土傳病害，帶菌種苗是遠距離傳播的重要途徑， 發病最適溫度為 27℃左右， 連作地、沙土地及土壤含水量在 10%以下的地帶易誘發此病，且發病較嚴重[3-5]. 可通過培育抗病品種 \\ 輔助輪作換茬、適時早栽等農業措施來加以防治。
甘薯莖線蟲病又叫空心病， 是國內植物檢疫對象之一，其主要危害甘薯塊根、莖蔓及秧苗，塊根癥狀分糠心型、糠皮型和混合型 3 種；莖部癥狀多出現在髓部，起初為白色，后變為褐色干腐狀；秧苗根部受害，在表皮上生有褐色暈斑，秧苗會發育不良、植株矮小發黃。 一般丘陵旱地、沙質壤土、連作地等發病嚴重。 可通過選育抗病品種、加強檢疫、合理用藥等方法來進行防治。
甘薯瘟病又名甘薯細菌性萎蔫病， 是一種毀滅性病害，也是我國的檢疫對象之一，其在甘薯各生育期均可發病，表現的癥狀卻不一樣。 該病菌主要破壞組織的維管束，使水分和營養物質無法正常運輸，其發病最適溫度為 27℃~35℃。 病苗、病薯、帶菌土、肥料和流水等均可傳播。 可通過嚴格檢疫、合理輪作、選用抗病品種等方法來進行防治。
甘薯蔓割病又名甘薯枯萎病、莖枯病等，為土傳性病害。 該病在莖蔓、薯塊上均能發病，病菌從傷口侵入，沿導管蔓延，病株葉片自下而上發黃脫落，最后全蔓枯死。 該病害發生適宜溫度 27℃~30℃。 可通過選育抗病品種，結合輪作換茬、拔除病株等農業措施來防治。
甘薯蟻象主要分布在長江以南地區，目前已列為國內檢疫對象之一。成蟲和幼蟲嗜食薯塊，造成傷口，病菌同時感染造成腐爛。 該蟲一年多代且世代重疊，防治起來較困難。 目前采用的防治方法主要有：消滅蟲源、水旱輪作、及時培土、藥液浸苗、毒餌誘殺等。
2 甘薯抗病基因的克隆、分析
2.1 植物抗病基因的分類
自 1992 年克隆到第一個植物抗病基因 HmⅠ以來，目前已分離獲得 40 多個抗病基因，雖然這些抗病基因來自不同的作物、針對不同的病害，但它們編碼的蛋白產物在結構上有很多的相似性， 如它們的蛋白產物含有核苷酸結合位點（NBS）、富亮氨酸重復（LRR）、跨膜結構域 （TM）、TolI-白介素-l 區域 （TIR）等一些相同的結構域[6]. 最終將植物抗病基因大致分為 6 類， 分別為：NBS-LRR 類、LRR-TM 類、LRR-TM-激酶類、Ser-Thr 激酶類、滅活毒素類功能酶及其他類[7].
2.1.1 NBS -LRR （nucleotide binding site plusleucine-rich repeat）類 NBS-LRR,即 核苷酸結合位點與富含亮氨酸的保守序列構成的蛋白產物， 該類是目前已知的抗病基因中存在最為廣泛的， 目前已被成功克隆出的植物抗病基因中的大部分均屬于該類， 其基本可分為 3 個小類：LZ-NBS-LRR 類、TIR-NBS-LRR 類和 NBS-LRR 類基因[8].
2.1.2 LRR-TM 類 LRR-TM 類，即胞外亮氨酸富集重復跨膜受體蛋白。 該類基因所編碼的蛋白多為糖蛋白受體， 可錨定在細胞膜上。 這類蛋白一般由3 個部分組成，即：胞外 LRR 結構域、跨膜區域及一個較小的胞內區域[9].
2.1.3 LRR-TM-激酶類 LRR-TM-激酶類， 即指胞外亮氨酸富集重復跨膜受體激酶類。 在其產物中，既含有胞外 LRR 跨膜螺旋結構受體結構域， 又含有胞內的蛋白激酶結構域[10]. 這兩個結構域之間還存在一個跨膜區， 從水稻基因組中克隆出的抗白葉枯病基因即屬于該類。
2.1.4 Ser-Thr 激酶類 Ser-Thr 激酶類， 即絲氨酸/蘇氨酸激酶類。 其特點為產物是絲氨酸和蘇氨酸激酶，并不具有 LRR 結構域[11]. 這類基因需要對絲氨酸/蘇氨酸旳殘基進行磷酸化處理后才可以進行抗性反應[12]. 典型的例子是番茄的 Pto,Fen,Lr10 等基因。
2.1.5 滅 活毒素類功 能 酶 滅活毒素類功能酶 ,又稱毒素還原酶類抗病基因， 該類基因產物是一類還原酶，該類還原酶能輔助還原型輔酶 II （NADPH）發揮作用，從而導致病原微生物所產生的毒素失活，以達到抗病的目的。 人類最早克隆出的植物抗病基因玉米 HmⅠ就屬于該類。
2.1.6 其他類 除以上幾種常見類型外， 植物抗病基因還有其他的存在形式，如大麥抗白粉病基因 Mlo并不屬于上述幾類， 也沒有與上述幾種類型抗病基因相類似的結構與產物， 但卻能對大麥白粉病菌產生抗性，保護植株不受侵害[13],而這種形式的抗性反應在水稻等作物中也同樣存在[14],有人將其歸屬于調控因子類。
2.2 抗病基因的克隆、分析
王鈺[15]克隆了甘薯抗病基因的同源序列（RGA），結果發現克隆所得到的 342 個不同的甘薯 RGAs 與已知的抗病基因 L6、N、RGC1 等具有高度同源性，并利用 Cluxtalw 軟件將其分為 22 個不同的類群。 在342 個 甘薯 RGAs 中 , 除 7 個 是 TIR 外 , 其 余屬于non-TIR 類 型 , 這 2 個 類型是在 NBS-LRR 類 型的RGA 中 根據 TIR 的 有無而劃分產生的 , 即 TIR -NBS-LRR 和 NO-TIRNBS-LRR 兩類 RGA （簡稱 TIR和 non-TIR）。目前 TIR 僅在雙子葉植物中被發現，如擬南芥的 RPM1 及 RPS2;non-TIR 在單、雙子葉植物中均被發現存在[16-17].
陳觀水[18]從抗根結線蟲病甘薯品種青農 2 號和近緣野生種三淺裂野牽?；蚪M DNA 擴增出 28 條RGAs（其中甘薯 22 條，三淺裂野牽牛 6 條），序列分析表明，28 條 RGAs 編碼的氨基酸絕大部分含有 P-loop、Kinase-2a、Kinase-3a 等保守性結構域和疏水結構域（HD），而這些是典型的 NBS-LRR 類抗病基因所擁有的，其中部分還與馬鈴薯 Grol-4 基因、番茄 Mi-1、Mi-2、Hero、擬南芥 RPM1 等植物 R 基因具有很高的相似性，說明這些 RGAs 有可能為甘薯抗病基因部分片段。 并且初步認為甘薯 SPR1 基因為 non TIR-NBS-LRR 類抗病相關基因。
SGT1 是 近年來發現的一種植物抗病調控相關基因，其功能是能夠調控著絲粒的裝配，并調節泛素對目標靴蛋白的修飾[19],隨后在很多植物和動物中均發現了該基因[20]. 很多研究表明，SGT1 基因與多種植物的抗病反應相關，目前為止在擬南芥、煙草、水稻、小麥和大麥等農作物中均已發現 SGT1 基因的存在。柏潔[21]以甘薯 RNA 為模板，成功獲得了甘薯 SGT1 基因的全長序列信息，且該基因在甘薯的根、莖、葉中均有表達，未表現出明顯的組織特異性。
3 甘薯抗病育種后續展望
目前采用常規育種方法選育甘薯抗病品種存在周期長、效率低等缺點，而將生物技術與常規育種方法相結合是培育抗病品種最有效的途徑。 因為甘薯基因組的復雜性， 目前對其抗性基因方面的研究較少，今后可利用已知抗病基因保守結構域的特性，設計簡并引物來獲得甘薯抗病基因同源序列 RGAs,而這些 RGAs 可作為候補抗性基因來定位、克隆抗病基因，它同樣也可應用于分子標記輔助選擇育種。
但 RGA 技術的應用也存在一些問題和局限性，如 R 基因具有多個保守區域，利用不同保守區域設計引物所得到的 RGA 產物不同，因此保守區域的選擇顯得尤為重要，一般來講 LRR 和 NBS 結構域的保守性較強，目前大多應用此保守結構域來設計引物，但有些非抗性基因同樣具有 NBS、LRR 和絲氨酸/蘇氨酸激酶等保守結構域，因此克隆出的 RGAs 未必都與R 基因有關。對 RGA 而言，它在基因組中以多拷貝形式存在，而且是呈簇狀分布，很難將它們有效分開，這給克隆和定位 R 基因帶來困難[6]. 針對這些問題，今后可利用從親緣關系較近的植物中擴增出的 RGA為探針進行盯 RFLP 作圖； 根據 RGA 序列設計特異性引物將其轉換為 CAPS 標記，用于選擇抗病品種以及將 R 基因通過基因漸滲的方式導入性狀優良的品種中等措施來進行改善[22-23].
參考文獻
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