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摘要：TALE是一种转录激活类效应物，病原菌主要就是利用这类效应物在实现寄主细胞中的基因表达。TALEs 通过重复氨基酸序列模块-对应识别 DNA碱基序列并与之结合，激活基因转录。TALEs的识别模块在特定的条件下可以被预测，可以利用这种特性来对植物中符合其发挥主要功能的靶DNA结合序列进行推测。所以在生物工程中，可以利用植物与TALEs的抗性机制将其应用在植物的抗病性研究中。
关键词：TALE；生物工程技术；植物抗病性；应用
一、TALE特点
TALE的标志性特点是中部包含的33～35个氨基酸（aa）的重复区域（一般是17.5倍重复），起着DNA识别和结合的作用，重复区的氨基酸有短的（33aa），也有长的（39aa，40aa，42aa）重复，并不是十分严格的重复氨基酸长度。近来，有2个TALEdHax3和PthXo1的重复区晶体结构被解析出来，重复区与靶DNA结合通常会形成α-螺旋右手螺旋式的缠绕。
二、TALE与R基因识别
植物和病原菌相互作用时，植物中的基因会与病原菌中的基因相互识别，如果两者可以进行基因的相对识别，在植物的体内就会出现相对的抵抗性，如果两者之间无法进行基因识别了，植物就会感染相关的病原菌。病原菌对于植物的生长有着非常大的影响，在植物的体内如果存在Avr蛋白，则该蛋白的主要特征是决定病原菌对植物产生致命作用还是无影响的重要因素。通过大量的研究发现，具有抗性的寄主可以通过三种方式来进行TALE的检测，主要利用的就是R基因。第一种是，将R基因中的蛋白在病原菌侵入时直接与TALE进行相互作用，使植物出现过敏反应现象。第二种方法是，TALE发生突变现象时可以利用的就是转录因子，来抑制这种突变现象，许多植物在实际生长的过程中都会带有隐性的抗性基因。第三种方法是，利用突变TALE靶基因中的启动因子来抑制TALE的基因融合在一起。还有一种方法是，可以利用监控基因对突变TALE靶基因进行监控，以此来刺激植物的抗性。
三、TAL在植物抗病上的生物工程应用
科学家们通过对不同植物识别TALEs机制进行了的探究，根据TALE在植物中的相特性，对植物的抗病性方法进行变革和创新，以此来是实现从全方面抵抗病原菌的入侵，让植物在感染病原菌后可以产生新的抗体，不影响植物的正常生长。TALE在病原菌攻击的过程中，激活基因中的R基因或S基因，利用两种基因激活下游基因，这样就会引起植物的过敏反应，也可能会使病原菌出现致命性特征。这样就会使植物产生相关的抗性，抑制了病原菌对植物生长的影响。TALE中的启动因子可以利用在生物基因工程中，可以使植物更多的抗病性体现出来。
1、改造抗性R基因监控TALEs
富含亮氨酸重复区的抗性蛋白Bs4能识别多个TALEs，可以通过特异性高表达Bs4等抗性基因，增强植物的抗性。另外，研究表明体外突变抗性基因Rx的LRR区，会增强植物对效应物的识别特异性。利用这一特性，基因工程改造Bs4基因LRR区可能增强其识别TALE的特异性和亲和力。
2、突变易感S基因的启动子区
TALEs通过RVDs识别特定的植物靶基因启动子区，水稻抗性基因xa13，其对水稻白叶枯病菌Xoo的抗性表现在启动子区一个小区域的多态性，导致Xoo中TALEPthXo1不能与xa13启动子区结合，进而影响Xoo生长所需碳源。利用基因工程将不敏感的基因xa13启动子区整合至易感S基因启动子区，使植物获得新抗性。这一方法在易感S基因Os11N3基因上应用成功，获得了水稻白叶枯病菌Xoo的抗性。另一个例子是，增加一个易感S基因的等位基因，这个等位基因的启动子区对于TALEs不敏感。这一方法需注意：植物中的靶基因无其它未知功能且没有冗余的拷贝；启动子区的改变不能影响看家基因的功能；该靶基因对病原菌的致病性至关重要，最好能抗多个TALEs。S基因的激活对于促进病原菌的致病至关重要，突变S基因的启动子区是对大多数的TALEs比较有效的方法。
3、筛选新的監控基因
与已知的NBS-LRR抗性基因对比，在不同植物中存在上千个这样的抗性监控基因。利用深度测序RNA-Seq从辣椒Capsicumpubescens中鉴定并克隆TALEs激活的Bs4C的方法为鉴定更多新的监控基因提供了基础。对于某些情况下，需要减慢或加速过敏反应，可以从调整监控基因的数量或者类型方面进行生物工程改造。目前，有4个R基因被克隆：辣椒CapsicumannuumBs3，辣椒C.pubescensBs4C，水稻OryzasativaXa10和Xa27。筛选和克隆更多的植物NBS-LRR抗性基因，可以为生物工程改造提供更多的抗性资源。
4、生物工程改造获得新抗性
通过对TALE的了解和分析，可以利用其基因的识别机制和酶的作用来进行基因的改造，这种方法在实际应用的过程中不但可以节约成本，其效果也是非常显著的，是识别性比较强。可以是植物在生长过程中可以利用是启动基因中的R基因对病原菌进行监控，了解不同效应物对病原菌的重要性，相对来说比较重要的效应物更容易被R基因识别出来，可以利用R基因的这种特点来改变效应物中的基因，使其发生突变或者丢失现象，就不会为病原菌提供相关需求，从而抑制病原菌的有效性。
许多植物病毒是DNA单链病毒，极少数是双链的。而单链病毒在复制增殖过程中形成DNA双链，利用TALEs特异的DNA双链识别特性，体外合成特异识别的模块，可用来防治植物病毒病。植物-病原菌互作是一个持续的进化过程，当病原菌一方通过消除或改变特定的效应物进化避开寄主的监控，意味着寄主的R基因系统被打败。寄主通过R基因互补的改变等才能恢复其抗性。如马铃薯NBS-LRRR3a介导识别致病疫霉菌Phytophthorainfestans的AVR3a效应物，AVR3a通过变异逃过R3a的识别，而R3a被Se-gretin&Kamoun发现通过单个氨基酸的变异重新恢复识别变异的AVR3a。利用点突变的R基因获得高抗性的寄主植物。
结语：
TALEs通过特别机制参与病原菌与寄主的互作，根据已知的分子机制，可以很好地控制TALE依赖的致病性，开发TALE激发的抗性，利用TALE融合蛋白有目的消除或限制病原菌的感染。TALE在基因工程和合成生物方面已被证实为非常有用的工具，成为植物病理这一领域最重要的发现。而TALE在生物工程抗性方面的成功应用包括植物，动物及人类细胞，期待它的更多应用的开发。
参考文献：
[1]赵天龙.基于Tale的人工启动子的开发和应用研究[D].海南大学，2014.
[2]张志强.TALE人工核酸酶组装方法及结构优化的研究[D].西北农林科技大学，2014.
关键词：TALE；生物工程技术；植物抗病性；应用
一、TALE特点
TALE的标志性特点是中部包含的33～35个氨基酸（aa）的重复区域（一般是17.5倍重复），起着DNA识别和结合的作用，重复区的氨基酸有短的（33aa），也有长的（39aa，40aa，42aa）重复，并不是十分严格的重复氨基酸长度。近来，有2个TALEdHax3和PthXo1的重复区晶体结构被解析出来，重复区与靶DNA结合通常会形成α-螺旋右手螺旋式的缠绕。
二、TALE与R基因识别
植物和病原菌相互作用时，植物中的基因会与病原菌中的基因相互识别，如果两者可以进行基因的相对识别，在植物的体内就会出现相对的抵抗性，如果两者之间无法进行基因识别了，植物就会感染相关的病原菌。病原菌对于植物的生长有着非常大的影响，在植物的体内如果存在Avr蛋白，则该蛋白的主要特征是决定病原菌对植物产生致命作用还是无影响的重要因素。通过大量的研究发现，具有抗性的寄主可以通过三种方式来进行TALE的检测，主要利用的就是R基因。第一种是，将R基因中的蛋白在病原菌侵入时直接与TALE进行相互作用，使植物出现过敏反应现象。第二种方法是，TALE发生突变现象时可以利用的就是转录因子，来抑制这种突变现象，许多植物在实际生长的过程中都会带有隐性的抗性基因。第三种方法是，利用突变TALE靶基因中的启动因子来抑制TALE的基因融合在一起。还有一种方法是，可以利用监控基因对突变TALE靶基因进行监控，以此来刺激植物的抗性。
三、TAL在植物抗病上的生物工程应用
科学家们通过对不同植物识别TALEs机制进行了的探究，根据TALE在植物中的相特性，对植物的抗病性方法进行变革和创新，以此来是实现从全方面抵抗病原菌的入侵，让植物在感染病原菌后可以产生新的抗体，不影响植物的正常生长。TALE在病原菌攻击的过程中，激活基因中的R基因或S基因，利用两种基因激活下游基因，这样就会引起植物的过敏反应，也可能会使病原菌出现致命性特征。这样就会使植物产生相关的抗性，抑制了病原菌对植物生长的影响。TALE中的启动因子可以利用在生物基因工程中，可以使植物更多的抗病性体现出来。
1、改造抗性R基因监控TALEs
富含亮氨酸重复区的抗性蛋白Bs4能识别多个TALEs，可以通过特异性高表达Bs4等抗性基因，增强植物的抗性。另外，研究表明体外突变抗性基因Rx的LRR区，会增强植物对效应物的识别特异性。利用这一特性，基因工程改造Bs4基因LRR区可能增强其识别TALE的特异性和亲和力。
2、突变易感S基因的启动子区
TALEs通过RVDs识别特定的植物靶基因启动子区，水稻抗性基因xa13，其对水稻白叶枯病菌Xoo的抗性表现在启动子区一个小区域的多态性，导致Xoo中TALEPthXo1不能与xa13启动子区结合，进而影响Xoo生长所需碳源。利用基因工程将不敏感的基因xa13启动子区整合至易感S基因启动子区，使植物获得新抗性。这一方法在易感S基因Os11N3基因上应用成功，获得了水稻白叶枯病菌Xoo的抗性。另一个例子是，增加一个易感S基因的等位基因，这个等位基因的启动子区对于TALEs不敏感。这一方法需注意：植物中的靶基因无其它未知功能且没有冗余的拷贝；启动子区的改变不能影响看家基因的功能；该靶基因对病原菌的致病性至关重要，最好能抗多个TALEs。S基因的激活对于促进病原菌的致病至关重要，突变S基因的启动子区是对大多数的TALEs比较有效的方法。
3、筛选新的監控基因
与已知的NBS-LRR抗性基因对比，在不同植物中存在上千个这样的抗性监控基因。利用深度测序RNA-Seq从辣椒Capsicumpubescens中鉴定并克隆TALEs激活的Bs4C的方法为鉴定更多新的监控基因提供了基础。对于某些情况下，需要减慢或加速过敏反应，可以从调整监控基因的数量或者类型方面进行生物工程改造。目前，有4个R基因被克隆：辣椒CapsicumannuumBs3，辣椒C.pubescensBs4C，水稻OryzasativaXa10和Xa27。筛选和克隆更多的植物NBS-LRR抗性基因，可以为生物工程改造提供更多的抗性资源。
4、生物工程改造获得新抗性
通过对TALE的了解和分析，可以利用其基因的识别机制和酶的作用来进行基因的改造，这种方法在实际应用的过程中不但可以节约成本，其效果也是非常显著的，是识别性比较强。可以是植物在生长过程中可以利用是启动基因中的R基因对病原菌进行监控，了解不同效应物对病原菌的重要性，相对来说比较重要的效应物更容易被R基因识别出来，可以利用R基因的这种特点来改变效应物中的基因，使其发生突变或者丢失现象，就不会为病原菌提供相关需求，从而抑制病原菌的有效性。
许多植物病毒是DNA单链病毒，极少数是双链的。而单链病毒在复制增殖过程中形成DNA双链，利用TALEs特异的DNA双链识别特性，体外合成特异识别的模块，可用来防治植物病毒病。植物-病原菌互作是一个持续的进化过程，当病原菌一方通过消除或改变特定的效应物进化避开寄主的监控，意味着寄主的R基因系统被打败。寄主通过R基因互补的改变等才能恢复其抗性。如马铃薯NBS-LRRR3a介导识别致病疫霉菌Phytophthorainfestans的AVR3a效应物，AVR3a通过变异逃过R3a的识别，而R3a被Se-gretin&Kamoun发现通过单个氨基酸的变异重新恢复识别变异的AVR3a。利用点突变的R基因获得高抗性的寄主植物。
结语：
TALEs通过特别机制参与病原菌与寄主的互作，根据已知的分子机制，可以很好地控制TALE依赖的致病性，开发TALE激发的抗性，利用TALE融合蛋白有目的消除或限制病原菌的感染。TALE在基因工程和合成生物方面已被证实为非常有用的工具，成为植物病理这一领域最重要的发现。而TALE在生物工程抗性方面的成功应用包括植物，动物及人类细胞，期待它的更多应用的开发。
参考文献：
[1]赵天龙.基于Tale的人工启动子的开发和应用研究[D].海南大学，2014.
[2]张志强.TALE人工核酸酶组装方法及结构优化的研究[D].西北农林科技大学，2014.