水稻OsHCF106基因的抗性研究

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水稻作为全球重要的粮食作物之一,在其生长过程中可能受到多种环境的威胁。稻瘟病作为威胁水稻生长的世界性病害,对全球粮食安全造成严重危害,杀虫剂的使用虽然在短时间内可以减轻稻瘟病害,但随之带来了环境安全问题以及耐药性问题。其次,近年来全球降雨量逐年减少,严重影响农作物特别是水稻的产量。因此,选育优秀抗性基因用于育种工作成为高效合理且持久的防治方法。HCF106是mtt A/Hcf106家族蛋白,在拟南芥中是定位于叶绿体的蛋白,是类囊体双精氨酸转位系统的一个组成部分。在玉米中是sec非依赖性易位蛋白。目前,对于细菌Tat途径研究已经比较深入,突变的Tat途径可以减弱细菌的致病性。与叶绿体蛋白THF1一样,HCF106在拟南芥中与THF1在生理上相互作用,两个基因的突变导致了拟南芥抗旱性增强。并且,实验室前期研究发现:Os THFI可以显著提高水稻抵御稻瘟病的能力。本论文主要是以OsHCF106为研究对象,构建了相关的转基因株系,并对转基因株系进行稻瘟病抗性鉴定以及耐旱性鉴定,主要结果如下:1.通过生物信息学分析:OsHCF106其编码基因位于11号染色体上,编码序列(coding sequence,CDS)长度为744bp,编码247个氨基酸的蛋白质,基因序列内含有一个保守的mtt A/Hcf106家族蛋白。2.以日本晴为背景构建了OsHCF106-KO/OsHCF106-OE转基因株系,得到敲除植株22株,过表达植株23株。通过DNA测序、RT-qPCR、潮霉素筛选,成功选出2份OsHCF106敲除材料(命名为OsHCF106-H1、OsHCF106-H2)和2份OsHCF106过表达材料(命名为OsHCF106-Y40、OsHCF106-Y46)纯合转基因株系用于实验。3.通过田间接菌与室内接菌,发现OsHCF106-H1、OsHCF106-H2发病情况比OsHCF106-Y40、OsHCF106-Y46严重,OsHCF106-Y40、OsHCF106-Y46显著增强了转基因植株的稻瘟病抗性,结合对接菌部位真菌表达量及病斑相对面积的结果,表明OsHCF106正调控稻瘟病抗性。4.通过PEG模拟干旱条件,发现OsHCF106-H1、OsHCF106-H2、OsHCF106-Y40、OsHCF106-Y46与WT(日本晴)的叶片卷曲率无显著差异,株高、鲜重等方面有明显的减少,根长变化不大,且无显著差异。干旱胁迫日本晴,各时间点OsHCF106基因表达量没有显著变化。结果表明OsHCF106不会影响水稻的抗旱性。5.通过考种,结果显示过表达、基因敲除转基因植株与WT相比,在千粒重、长均值、宽均值等方面没有显著差异。结果说明OsHCF106的表达量不会影响水稻的粒型以及产量。以上实验结果表明,在没有影响水稻耐旱性及产量的情况下,OsHCF106正调控水稻稻瘟病抗性。OsHCF106可以作为潜在的抗稻瘟病基因用于育种工作,为叶绿体蛋白参与植物免疫反应提供理论基础。
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