云南疣粒野生稻抗白叶枯病机理初探

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水稻是中国最重要的粮食作物之一,而水稻白叶枯病(Bacterial blight disease,BB)是水稻生产中最严重的细菌性病害,严重威胁我国粮食安全。培育抗病水稻品种是防治白叶枯病最经济、有效的方法。由于栽培稻遗传基础狭窄,高抗白叶枯病的基因数量有限,因而迫切需要从稻属其它物种中发掘新的抗性基因资源。云南疣粒野生稻(Oryza.meyeriana Baill.)高抗白叶枯病,是创制抗病水稻新品种的宝贵基因资源库,但其抗病机理并不十分清楚,其抗性基因的报道很少。因此,探索疣粒野生稻抗病机理,并从中鉴定和发掘新的抗白叶枯病基因对水稻抗病育种具有十分重要的意义。本研究分析了受白叶枯病菌胁迫的云南疣粒野生稻防御酶和内源激素含量变化,进行转录组测序并从中筛选泛素相关酶基因并进行分析,获得主要研究结果如下:(1)白叶枯病菌胁迫诱导云南疣粒野生稻御酶PAL和POD活性提高,关键基因PAL和Peroxidase表达上调,促进植株木质素的合成,增强植株清除活性氧能力,共同提高了疣粒野生稻对白叶枯病菌的抵御能力。(2)白叶枯病菌胁迫后云南疣粒野生稻内源SA和JA含量增加,激素信号通路关键基因NPR1、TGA、COI1、JAZ转录水平提高,SA信号通路较早被激活,JA信号通路激活晚于SA,云南疣粒野生稻依赖SA和JA信号途径调控植株抗病性。(3)获得了高质量的白叶枯病菌胁迫疣粒野生稻转录组数据库。共获得93,125个unigenes,N50值为1761,平均长度为1025.48bp。将转录组数据与六大数据库进行比对,共有43900个unigenes分别注释到不同的数据库中,分别是NR数据库41155个,GO数据库32390个,COG数据库12343个,KEGG数据库17355个。功能注释发现364个unigenes注释为泛素化途径相关基因,分别为泛素(UB)24个、泛素激活酶(E1)基因6个、泛素结合酶(E2)基因20个、泛素连接酶(E3)基因270个、泛素特异性蛋白酶31个、泛素羧基末端水解酶13个。(4)系统分析了云南疣粒野生稻泛素化途径关键酶E1、E2、E3编码基因与水稻的同源性和保守结构域,并在植株中验证基因表达情况。同源性分析结果显示疣粒野生稻MEE1s基因与水稻基因同源较高,MEE2s基因数量高于水稻中己报道的,并且在水稻中没有同源基因的部分单独聚为一类,MEE1s、MEE2s大多具有相应的保守结构域UBA和BUC;270个MEE3s基因中RING-C3HC4型占41%,除具有RING保守结构域外还具有多种其它结构域。3个MEE1s基因、7个MEE2s和1 1个MEE3s基因在植株中受白叶枯病菌胁迫表达,挑选出10个抗病候选基因,其中2个基因(MEE3-28、MEE3-29)受外源JA诱导表达,2个基因(MEE2-7(5)、MEXB3-1)受外源SA诱导表达,6个基因(MEE1-3(3)、MEE1-3(7)、MEE1-11 MEE2-17、MEXB3-3和MEXB3-6)同时受JA和SA诱导表达,并且这10个基因均在叶片中特异表达。因此,云南疣粒野生稻通过泛素化关键酶E1、E2、E3基因的信号转导相关基因调控其对白叶枯病菌的抗性。(5)构建了抗病候选基因MEE2-7(5)的过表达载体,并转入日本晴,获得到53株T0代转基因阳性苗,通过接种鉴定得到22株抗白叶枯病的转基因植株,为发掘疣粒野生稻抗白叶枯病特异新基因奠定了基础。
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