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白粉病是一种由白粉菌引起的病害，可危害多种重要粮食作物、经济作物和花卉植物。研究植物和白粉菌相互作用具有重要的理论意义和广泛的应用前景。我们利用正向遗传学方法，在拟南芥中筛选和鉴定对白粉菌抗性增强的突变体，克隆相应的编码基因，并对其进行功能分析，以解析其介导的抗病反应的分子机制。
本研究鉴定了一个对白粉菌抗性增强的突变体mil2。该突变体还表现出了早衰、自发的和白粉菌诱导的细胞死亡、乙烯加速的衰老等表型。该突变体中接菌前后的防卫反应相关的基因如PR基因的表达显著高于野生型。通过图位克隆和测序分析，发现mil2突变体中编码自噬相关蛋白2(AUTOPHAGY RELATED PROTEIN2，ATG2)的基因ATG2编码区的一个碱基发生突变，导致该蛋白翻译提前终止。通过对ATG2基因的另外一个T-DNA插入突变体atg2-1的表型鉴定和互补实验，确定了ATG2基因突变导致mil2突变体的表型，因此，将该突变体命名为atg2-2。自噬(autophagy)是普遍存在于真核生物中的一个非常保守的生物学过程，参与调节很多生理病理过程，如衰老、发育、癌症、神经变性和天然免疫等。它具有的典型特征是形成一个称为自噬小体(autophagosome)的双层膜结构。自噬可以将细胞内的细胞器或者生物大分子通过自噬小体运输到液泡(或溶酶体)后进行降解或重新利用。
已有研究表明，水杨酸信号通路和茉莉酸/乙烯信号通路是参与植物抗病反应的两条重要的信号途径。通过构建双突变体进行遗传分析，确定了atg2-2的早衰和自发的细胞死亡、乙烯加速的细胞死亡以及对白粉病的抗性依赖于水杨酸，而白粉菌诱导的细胞死亡部分依赖于水杨酸。atg2-2表现出的乙烯加速的衰老需要乙烯通路信号组分EIN2，而正常生长条件下的早衰表型不依赖于EIN2，这暗示着两种不同的衰老机制。通过构建atg2-2与edr1、edr2、pen1、pen2、bak1等双变体以及表型分析，发现edr2和pen1能增强atg2-2的自发和白粉菌诱导的细胞死亡，而edr1和edr2能增强atg2-2对白粉病的抗性。
通过构建ATG2启动子驱动GUS基因的转基因植株来模拟体内ATG2基因表达的时空特异性，发现ATG2基因在不同的生长发育阶段和各个组织中均有表达。对酵母、拟南芥和人类的ATG2蛋白的比对分析，显示ATG2蛋白序列在不同物种中具有较低的一致性。通过在野生型和突变体背景下的ATG8e-GFP转基因植株中显微荧光观察自噬小体形成情况，发现atg2-2中自噬小体的形成存在缺陷，表明ATG2在植物自噬中起重要作用。同时也对atg5、atg7、atg9、atg10以及atg18a等突变体进行表型分析，结果显示atg5、atg7、atg10和atg18a表现出类似于atg2-2的早衰、自发的细胞死亡、白粉菌诱导的细胞死亡和对白粉菌增强的抗性。这表明自噬参与植物的细胞死亡和抗病反应。
综上所述，本研究发现自噬负调控了对白粉菌抗性和白粉菌诱导的细胞死亡，并表明自噬在调控植物衰老、程序化细胞死亡和植物免疫中起重要作用，同时也为作物抗病的改良育种提供了新的思路。