水稻OsWRKY42的表达特征及其在Xa21介导的抗白叶枯病反应中的功能研究

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水稻(OryzasativaL.)是世界上最重要粮食作物之一,也是植物学和其他基础科学研究的模式生物。WRKY是水稻基因组中规模最大的一个转录因子家族,参与水稻生长和发育过程以及对生物和非生物胁迫应答。本实验室前期研究发现OsWRKY42在水稻-白叶枯病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzae,Xoo)的互作反应中表达丰度提高,推测OsWRKY42参与水稻对白叶枯病的免疫途径,发挥调控作用,为进一步研究OsWRKY42的功能提供了重要的线索。本试验主要采用免疫印迹技术(Western Blot,WB),用OsWRKY42抗体检测了OsWRKY42在水稻正常生长和发育不同时期及不同组织、非生物胁迫、外源激素处理以及接种Xoo后的表达特征,发现在水稻生长不同时期、不同组织中OsWRKY42的表达具有组织和时空特异性,在叶片中基本呈现稳定表达。对水稻幼苗进行冷、热、旱、盐、持续黑暗和持续光照等非生物胁迫处理,发现OsWRKY42的表达量在持续黑暗胁迫中明显下调。以离体水稻叶片为材料,进行不同激素和过氧化氢处理,发现OsWRKY42在茉莉酸甲酯、脱落酸和乙烯利处理下,表达量降低,在过氧化氢处理下表达量增高。通过农杆菌介导法将Os WRKY42-RNAi载体转化至带有抗病基因Xa21的4021受体植株,获得了Xa21背景下的转基因材料。通过PCR和WB技术鉴定,最终在T2代筛选出3个独立的OsWRKY42-RNAi转基因纯合株系,分别是R01、R02和R03。将水稻材料培养至成熟期,统计农艺性状并进行数据分析,发现转基因株系株高和分蘖数减少、穗长变短及千粒重降低。另外转基因株系叶片的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量也显著降低,而叶绿素a/b 比值增高,说明OsWRKY42干扰影响了水稻的正常生长及叶片发育。在水稻接种白叶枯病菌的试验中,与对照4021相比,OsWRKY42-RNAi转基因水稻叶片病斑显著增长,Xa21介导的水稻对白叶枯病的抗性下降。检测转基因水稻中病程相关蛋白质的表达,发现OsPR1A、OsPR1B、OsPR6、OsPR1OA、OsPR15和OsPR16的表达量发生变化,而OsWRKY42的表达基本稳定,不受接种Xoo的诱导。此外,OsWRKY42-RNAi转基因水稻种子的萌发率在盐胁迫下低于对照,说明OsWRKY42干扰降低了水稻种子的耐盐性。综上可见,OsWRKY42在水稻正常生长和发育过程的不同组织部位具有表达特异性,在持续黑暗胁迫和多种激素处理条件下的表达发生变化,提示其具有多种功能。在Xa21背景下OsWRKY42的丰度下降导致白叶枯病抗性下降,表明其在Xa21介导的抗病反应中发挥作用。本研究扩展了对OsWRKY42功能的了解,增进了对Xa21介导的抗病机理的了解。
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