1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
课题意义及应用前景
菎诺藜（藜麦）是一种高营养的作物，可以在各种类型的农业生态系统中存活。藜麦无麸皮，血糖指数低，并且包含有必需的氨基酸、纤维、脂质、碳水化合物、维生素和矿物质等。除此之外，藜麦还能够预防心血管疾病、癌症、骨质疏松等疾病，预防和治疗糖尿病，具有消炎、抗肿瘤和抗氧化的功能，有良好的药用价值。由于它的营养全面，具有良好的抗逆性，因此藜麦在未来可能成为一种重要的粮食作物。
植物被细菌、真菌、线虫和病毒等病原物入侵后，会引起植物产生相应的病害，入侵作物后，导致作物的产量和品质下降。植物为了应对病害，与脊椎动物的免疫系统类似，也存在自己的防卫机制。在植物的防卫机制中，存在两种不同的机制来识别对应类型的病原物的攻击。它包括基础的病原相关分子模式（Pathogen-associated molecular patterns,PAMP）,如细菌的鞭毛蛋白、脂多糖和真菌卵菌的纤维素结合诱导蛋白等，它们被植物体内的跨膜受体识别，并且激活了基础的防卫机制，即病原相关分子模式触发的免疫（PAMP-triggered immunity,PTI）。在植物与病原菌的协同进化过程中，由于病原菌进化出效应子，该效应子能抑制植物的PTI，使得病原物能在植物细胞内繁殖。而植物为了反对该种机制，也进化出一种更加先进的防卫机制，被称为效应子触发的免疫反应（Effector-triggered immune,ETI），该种反应主要通过NBS-LRR（Nucleotide binding site-leucine rich repeat）基因来识别病原物的无毒基因（Avr），最终导致植物产生过敏反应（Hypersensitive response,HR），使得植物感病部位的细胞程序性死亡，从而组织病原菌的进一步扩散。NBS-LRR基因根据系统发生学，主要分成两种主要的类型，一种是N端含有TIR结构的TIR-NBS-LRR(TNL)类型，另一种的N端含有CC域的CC-NBS-LRR(CNL)类型,除此之外，还有NBS-LRR(NL)、TIR-NBS(TN)、CC-NBS(CN)、NBS（N）等四种类型。在科学研究上，菎诺藜能够对多种病毒，如烟草花叶病毒（TMV）、番茄斑萎病毒（TSWV）、黄瓜花叶病毒（CMV）等具有抗病性，并产生明显的枯斑反应，是一个优良的鉴定寄主。
因此，对菎诺藜进行NBS-LRR抗病基因的研究，不仅能够为藜麦的抗病育种和培育提供理论依据，同时还能够深入理解植物抗病机制，加快菎诺藜上抗病基因的克隆工作。
国内外研究概况
关于植物抗病机制的研究Jones和Dangl等人做出了相关的推测。除此之外，目前已经有许多植物的NBS-LRR基因被全部鉴定出来，其中经典的模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）一共207个、豆科模式植物蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)333个、十字花科芸苔属甘蓝(Brassica oleracea)和芜菁(Brassicarapa)分别为157个和206个、茄科植物番茄(Solanum lycopersicum)和马铃薯(Solanum tuberosum)分别为295个和438个、糖料作物甜菜(Beta vulgaris)为204个、禾本科重要粮食作物水稻(Oryza sativa)为519个、玉米(Zea mays)为107个、高粱(Sorghum bicolor)为224个，两种重要的棉花品种陆地棉(Gossypium hirsutum)和海岛棉(Gossypiumbarbadense)分别为588个和682个。而菎诺藜的全基因测序由David E.Jarvis等人在2017完成,因此可以从NCBI数据库中找到其全基因组测序的情况。
| 物种种类 | NBS-LRR类型 | NBS类型 | 总和 | ||||
| TNL | CNL | NL | TN | CN | N |
| |
| 拟南芥（A.thaliana） | 90 | 51 | 6 | 53 | 6 | 1 | 207 |
| 蒺藜苜蓿（M.truncatula）
| 88 | 152 | 24 | 36 | 25 | 8 | 333 |
| 甘蓝（B.oleracea） | 40 | 6 | 24 | 29 | 5 | 53 | 157 |
| 芜菁（B.rapa） | 93 | 19 | 27 | 23 | 15 | 29 | 206 |
| 番茄(S. lycopersicum) | 26 | 195 | 0 | 3 | 14 | 57 | 295 |
| 马铃薯（S.tuberosum） | 55 | 103 | 213 | 22 | 4 | 41 | 438 |
| 甜菜（B.vulgaris） | 1 | 97 | 69 | 0 | 16 | 26 | 204 |
| 水稻（O. sativa） | 0 | 160 | 304 | 3 | 7 | 45 | 519 |
| 玉米（Z. mays） | 0 | 58 | 31 | 0 | 11 | 7 | 107 |
| 高粱（S. bicolor） | 0 | 39 | 17 | 0 | 104 | 64 | 224 |
| 陆地棉（G. hirsutum） | 5 | 165 | 160 | 0 | 89 | 168 | 588 |
| 海岛棉（G. barbadense） | 44 | 143 | 219 | 11 | 92 | 171 | 682 |
2. 研究的基本内容和问题
研究目标及内容
本次研究主要是为了找出菎诺藜基因组中所有的NBS-LRR基因，与此同时根据找出的结果，对其按照以往的常见分类方式，将其分为TIR-NBS-LRR(TNL)、CC-NBS-LRR(CNL)、NBS-LRR(NL)、TIR-NBS(TN)、CC-NBS(CN)和NBS（N）等六种主要类型。除此之外，我们还会对NBS-LRR基因进行基因染色体的物理定位，确定NBS-LRR类基因在基因染色体上的位置。最后，我们会利用多序列比对工具Cluatal X对相关类型的序列进行比对，同时，利用MEGA5构建系统进化树，最后使用在线软件Evolview对系统进化树进行美化，得到最后的系统进化树。
拟解决的关键问题
通过这次的研究，我们可以得到菎诺藜的NBS-LRR基因的具体数目以及对应的蛋白质序列和DNA序列，同时可以根据构建的系统发生树，了解相关序列的同源性，为后续对菎诺藜中抗病基因沉默的研究提供了一个重要的理论基础。
3. 研究的方法与方案
研究方法、技术路线和试验方案
1.找出菎诺藜基因组上全部的NBS-LRR基因
首先在NCBI数据库上下载菎诺藜的全基因组，然后从Pfam数据库中找到NB domain（PF00931）的蛋白质序列模型，利用HMM找到在菎诺藜全基因组中含有NBS域的蛋白质序列，再利用上述的部分蛋白质序列，找到其中的NBS域序列，利用CLUSTAL W对上述序列进行对比，构建新的菎诺藜特有的NB domain模型，再次利用HMM在菎诺藜全基因组中找到符合该模型的蛋白序列，将两次的序列取并集，得到原始的序列集合。在该原始序列中基础上，分别用在线软件NCBI上的Conserved DomainDatabase（CDD）和SMART main进行二次检验，找出其中含有NBS域的蛋白质序列，同时也找出其他具有分类特性的功能域，如TIR域、CC域、LRR域等，将两种结果取并集，得到最终的蛋白序列。
4. 研究创新点
特色或创新之
目前许多植物基因组的NBS-LRR基因分析已经完成，但是目前还没有科研团队对藜麦的NBS-LRR基因进行分析。藜麦作为一种重要的作物，联合国粮农组织（FAO）不仅将2013年宣布为“国际藜麦年”，还将藜麦视为21世纪应对粮食安全的重要谷物之一。此外，藜麦还作为植物病毒学中一个重要的鉴定寄主。在这种情况下，对于藜麦的NBS-LRR抗病基因的分析，不仅能够对藜麦的抗性育种做出理论基础，同时还能够对日后藜麦的抗病基因克隆以及抗病基因的研究提供一个方向。
5. 研究计划与进展
9-10月：
（1）与导师讨论总体研究思路，查找相关文献，找到分析NBS-LRR基因的方法。
（2）找出菎诺藜基因组上全部的NBS-LRR基因，并对找到的NBS-LRR基因按照基本的分类方法进行分类。
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