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水稻作为全世界栽培最为广泛的粮食作物之一和单子叶模式植物,其抗病性机制一直以来都是研究者关注的问题。植物基础抗性提供了防御病原菌攻击的第一道防线,所以它虽然不像抗病基因控制的小种专化性抗性那么强,但却对植物整体抗病性的建立非常重要。RAR1和SGT1在植物基础抗性以及小种专化性抗性方面都扮演重要角色。
本研究利用酵母双杂交和双分子荧光互补(BIFC)显示了水稻RAR1和SGT1的同源蛋白OsRAR1和OsSGT1可以直接在体外和体内发生互作,暗示它们的功能以及作用机制具有进化上的保守性。转基因研究表明,它们的过表达显著地增强了水稻对于毒性白叶枯病原菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)菌株PXO99的抗性,但对于另一毒性菌株DY89031的抗性却没有影响。而它们在水稻中的过表达对于真菌性病害稻瘟病(Magnaporthe oryzae,Moryzae)的四个毒性菌株的基础抗性都有所增强。这些结果暗示水稻对于Xoo和M oryzae的基础抗性对于OsRAR1和OsSGT1的参与要求有所不同,并存在一种可能的针对Xoo的小种特异性基础抗病机制。
利用拟南芥突变体证明OsRAR1和OsSGT1参与拟南芥的基础抗性和R基因小种专化性抗性,即OsRAR1和OsSGT1在拟南芥中具有功能上的保守性。OsSGT1-GFP融合蛋白在水稻中的过表达导致了显性负调节的表型—它的表达显著地降低了对PXO99的抗性,但有意思的是,它却极度增强了对于DY89031的抗性,这进一步表明OsSGT1参与的基础抗性采用了一个未知的小种特异性的机制。这个结果暗示OsSGT1正调控了对PXO99的抗性,但却可能是DY89031某个毒性组分的靶蛋白。OsSGT1-GFP在拟南芥中的表达没有表现出明显的显性负调节现象,也没有像OsSGT1的过表达那样显著增强基础抗病性,可能表明拟南芥和水稻SGT1在功能和作用机制上存在差异。DsRED-OsRAR1在水稻中的过表达株系后代产生了两种表型的分离:有类病斑类型以及无类病斑类型。有病斑的株系对白叶枯的两个毒性病原菌均表现出超强的抗性作用,而无病斑的株系对水稻的基础抗性没有明显影响,其具体原因有待进一步研究。
OsSGT1-GFP转基因植株还表现出巨大的形态变化,如分蘖增多、株型增高、根系发达、种子变长以及开花期迟缓等,并且它们可能还受到包括光周期在内的环境因素的影响。同时还观察到OsSGT1过表达株系幼苗在固体培养基上生长到一定阶段,根尖部分会形成螺旋弯曲。OsSGT1-GFP转基因植株以及OsSGT1过表达株系对生长素的响应和野生型相比都发生了变化。这些性状的改变可能是通过SGT1与水稻COP9信号体的未知组分互作产生的,也可能是由于它在生长素信号通路过程中的调节作用所导致的,亦或两种因素的相互作用。
本研究的结果对于研究OsSGT1在基础抗性以及发育上的调控机制提供了新的方向,同时也提供了具有较高应用价值的高度抗病株系以及优良的农艺性状的转基因株系。