水稻白叶枯病抗性基因Xa22(t)的克隆

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由Xanthomonas oryzae pv.oryzae引起的白叶枯病严重危害水稻,可是国内一直集中利用Xa3和Xa4两个抗性基因,因而利用新的抗性基因改良现有品种的抗性日趋重要。 云南地方粳稻扎昌龙(Zhachanglong,ZCL)对分别来自中国、菲律宾和日本的12个水稻白叶枯病菌表现抗性,对PXO61表现出的成株期抗性受Xa22(t)控制。已从明恢63中克隆的Xa26与Xa3可能是相同的基因,ZCL中含有Xa26相同的基因。 (1) 目标基因Xa22(t)的精细定位 构建了7680个单株的由珍珠矮和扎昌龙配制的F2群体,用两个SSR标记RM144和RM224筛选PXO61接种后的极端感病单株得到29个极端感病重组单株,目标基因Xa22(t)与RM144和RM224分别有20个和9个极端感病重组。利用这些重组单株分析Xa22(t)区域的标记,将Xa22(t)定位在明恢63-BAC克隆M3H8的亚克隆3/7A10和R1506之间,和这两个标记分别有2个和1个重组,同时得到三个共分离的标记M3H8-1、Sub11和X4-88。由于3/7A10是M3H8的亚克隆,并且R1506能和M3H8杂交,因而Xa22(t)定位在M3H8上。 利用Xa26的序列检索得到日本晴序列克隆AC116367,分析这个克隆发现抗病基因有关的序列信息很丰富,而且AC116367在目标基因Xa22(t)区域,因而将AC116367作为目标基因Xa22(t)的电子定位克隆。 (2) 确定候选基因及验证功能 对M3H8的两个片段的序列进行酶切位点分析,Spel可以将包含Xa26的19-kb片段切下来,NheI可以将8-kb的LRR片段切下来,AccI酶切片段可以覆盖12-kb的LRR-Kinase。于是根据M3H8的序列,采用等位酶切法回收ZCL对应大小的片段区域,克隆到合适载体上用特异引物筛选,再将得到的阳性克隆的外源片段转接到pCAMBIA1301,最后转化到感病品种台北309中来验证功能。 转化ZCL中含有Xa26.的19-kb片段得到10株抗性植株,证明了ZCL中的Xa26有功能。对于包含NBS结构的80112-2、LRR结构的8-kb片段和LRR-Kinase结构的12-kb片段的转化验证,每个片段的转基因植株数量都在100株左右。 得到一个ZCL-BAC克隆80112,其12-kb片段与R1506杂交,而且具有NBS结构。定位克隆M3H8也有NBS结构,且NBS在ZCL中表达,于是将12-kb的包含NBS结构的片段转化到台北309中,得到1株抗性植株,说明ZCL中具NBS结构的基因可能有功能。 (3) Xa22(t)区域相关片段的RT-PCR表达分析 对于Xa26内的两对引物RkbLZR和Rkb469一2145,在三个抗病材料zCI林政22(t))、waso Aikoku3(从孕。,携带Xa匀和IRBB4(xa为中组成型表达,而在ZZA中没有表达,这可能与Xa26表现的抗病功能有关。 利用一个激酶结构RKORFI内的几对引物作RT-PCR表达分析,RKORFI在ZCL、WA3和IRBB4中组成型表达,在ZCL和WA3中的表达相同,而在ZCL与IRBB4中的表达有差异,Xa22(t)区域可能具有激酶结构的基因zCL祝K。 NBS在ZCL和IRBB4中组成型表达,而在WA3中没有表达,说明NBS.LRR与Xa3(可能为受体激酶结构)无关。由电子定位克隆日本晴的ACll6367越过约500一kb的转座子富集区后,NBS.LRR结构的保守序列很多,而且M3HS也扩增出NBS结构,Xa22(t)区域可能有NBS-LRR结构的基因zCL价旧S。RT-PCR表达分析表明Xa22(t)区域有Xa26、zCL.RK和ZCL小旧S等不同结构的基因;结合几个白叶枯病抗性基因在Xa22(t)区域的定位结果,zCL中的Xa22(t)与Xa4和XaZ‘紧密连锁,Xa22(t)与Xa4连锁更紧密。 (4)目标基因区域进化 许多抗性有关的基因在目标基因区域紧密连锁,Xa22(t)区域进化有亚麻抗锈病基因L模式,其中的一个基因XaZ石在IRBB3、明恢63、日本晴(Nipponbare,Nip)和9311中都有等位基因。Xa22(t)区域的进化也有亚麻抗锈病基因M模式,明恢63中在XaZ石的附近还有3个家族成员(Sun etal.,2004),日本晴中在XaZ石的等位基因NIPS一26H附近也有8个同源的受体激酶结构。聚类分析xa22(t)区域的抗病基因同源序列表明,paralogs的同源性较低,而orthologS间的同源性相对较高,进化采用Birth一and一Death模式。 对目标基因Xa22(t)的克隆,可以开发更好用的PCR标记作分子标记辅助选择育种,更好地研究ZCL的广谱抗病特性,探索目标基因区域的进化机制。
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