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水稻(Oryza sativa L.)是主要的粮食作物之一,为世界近半数人口提供口粮。水稻纹枯病是由立枯丝核菌(Rhizoctonia solani Kühn)引起的真菌性病害,是我国水稻三大病害之一,威胁水稻产量,严重时可造成减产达50%。目前化学防治仍是控制水稻纹枯病的主要方法,因此,筛选抗性持久稳定的水稻品种,研究水稻响应纹枯病菌胁迫的机制,挖掘抗病相关基因是开展水稻抗病育种的前提。本研究基于水稻Ds插入突变群体筛选水稻抗纹枯病相关基因并初步探究高抗品种的抗病机制,并通过转录组分析方法对水稻响应纹枯病菌的差异表达基因进行了筛选和分类分析。主要结果如下:1.用于建立群体的起始水稻品系(Ds-s)中Ds插入在1号染色体中未编码基因的区域,接种纹枯病菌证实,Ds-s纯合品系与野生型对照Dongjin呈现类似的感病症状。利用Ds-s纯合水稻种子并通过组织培养获得300个子代(Regeneration 1)R1杂合体,并自交获得R2纯合群体。通过Southern印迹杂交实验表明300个子代中Ds插入位点具有多态性。2.对300个R2代Ds插入突变系,利用离体叶片法接种R.solani AG1-IA观察突变体的抗病性。其中,0.67%的品种对纹枯病表现出较强的抗性,0.67%的品种对纹枯病易感,7.6%的品系表现出中抗,而91%则与对照组水稻Dongjin(DJ)呈现出类似的感病表型。3.对高抗Ds突变体,利用iPCR方法克隆Ds侧翼序列,测序结果表明在一个高抗突变体中Ds插入在PHYB基因的第二个内含子中。Southern印迹杂交分析表明,在phyB突变体中Ds为单拷贝,揭示其抗性可能是由突变PHYB所致。进一步RT-PCR实验结果表明,phyB为敲除突变体。4.RT-PCR结果表明,乙烯信号通路关键基因(EIL1、EIL2、EIN2和ERF063)、茉莉酸(JA)合成酶基因(LOX2)和水杨酸(SA)信号下游基因PBZ1的表达水平在phyB突变体中与野生型对照相比均明显上调,表明PHYB可能调控植物激素信号相关基因表达。相比野生型对照,EIL1过表达植株更抗病,相反EIL1沉默突变体更感病,表明PHYB可能通过负调控ET信号调节水稻对纹枯病的抗性。5.为进一步筛选抗水稻抗纹枯病相关基因,利用转录组测序方法分析接菌前后的水稻基因的表达差异。转录组测序结果共筛选出6838个差异表达基因(fold change>2倍,p<0.05),其中3802个基因上调,而3036个基因下调。随机选取了9个差异表达基因进行qPCR验证,发现结果与转录组数据一致。6.通过GO、KEGG和Mapman聚类方法对差异表达的基因进行了归类。GO分析发现,差异基因在结合与催化活性、细胞器及代谢过程显著富集,而30个KEGG包含核糖体、碳代谢与氨基酸生物合成途径。Mapman分析结果表明,植物激素和代谢等途径变化显著。进一步鉴定差异表达基因在水稻抗纹枯病中的作用,转录组测序发现OsWRKY53在接菌后诱导表达,因此对OsWRKY53突变体和过表达植物进行抗病性鉴定。结果证实,相比野生型对照植物OsWRKY53过表达感病而突变体抗病,证明OsWRKY53负调控水稻对纹枯病的抗性。此外,启动子序列分析显示,大量差异表达基因的启动子区含有响应R.solani的基序。本研究通过遗传学和转录组学方法筛选出水稻抗纹枯病相关基因,并为今后研究水稻抗性机制提供了理论基础。