OsWRKY70基因在水稻抗白叶枯病和褐飞虱中的初步功能解析

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在自然条件下,水稻会经常受到各类病原菌的入侵和害虫的取食,如水稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)、稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)、褐飞虱(Brown Planthopper,BPH)、二化螟(Chilo suppressalis,SSB)等。病虫害诱导的植物免疫防御反应信号途径被激活后,相关抗性基因得以表达,在这个过程中转录因子起着非常重要的调控作用。本文我们在水稻中筛选到与防御相关的OsWRKY70转录因子,对它在水稻中抗病虫害途径的作用机理进行了初步分析:基于NCBI中的水稻基因组数据,从水稻日本晴(Oryza sativa L.ssp.japonica cv.Nipponbare)中分别扩增得到OsWRKY70的部分启动子和CDS序列,通过构建OsWRKY70::GUS和OsWRKY70-pCAMBI1300UR表达载体,利用农杆菌介导的转基因技术获得相应的水稻转基因植株。OsWRKY70定位在细胞核中,通过双荧光素酶实验结果表明OsWRKY70转录因子可以激活OsWRKY70基因的表达,具有转录激活活性。外源施加激素处理后,赤霉素(GA)能够显著诱导OsWRKY70的表达,茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)、激动素(KT)、脱落酸(ABA)、乙烯(ET)能轻微抑制OsWRKY70的表达,其中KT抑制较为明显。OsWRKY70在水稻日本晴中叶片和根部表达量较高,而在小花、剑叶、茎部表达量较低;在对OsWRKY70::GUS转基因植株的化学组织染色分析,GUS报告基因特异的在根尖、叶片、成熟胚、小花等水稻分生组织中均有表达,OsWRKY70是一个在水稻多组织中广泛表达的基因,可能参与水稻植株的各个生长发育过程。通过对OsWRKY70超表达转基因植株OE6和日本晴的转录组数据分析,共有748个差异表达基因(DEGs),359个上调基因,389个下调基因,同时对DEGs进行GO和KEGG分析。通过分析我们发现OsWRKY70在水稻的生长发育过程和对病虫害的抗性防御中具有重要作用。通过对白叶枯菌处理条件下OsWRKY70诱导表达情况分析,发现在接菌后12-36 h内OsWRKY70的表达被显著诱导。在对OsWRKY70超表达植株进行田间接菌实验处理中,结果显示:野生型日本晴的病斑长度明显长于OsWRKY70超表达植株,OsWRKY70可能正调控水稻对白叶枯病的抗性。进一步分析发现在OsWRKY70超表达植株中PR基因(OsPR1a,OsPR1b,OsPR10a)的表达量均上调。褐飞虱为害处理后能够诱导OsWRKY70基因的表达。OsHI-LOX在OsWRKY70超表达转基因植株和野生型日本晴中本底水平无差异,但是褐飞虱为害处理后OsHI-LOX在OsWRKY70超表达转基因植株中相对于日本晴被显著诱导表达。通过双荧光素酶实验,发现OsWRKY70转录因子能够激活OsHI-LOX基因的表达。研究结果显示OsWRKY70在水稻中可能通过诱导OsHI-LOX基因的表达而负调控对褐飞虱的抗性。综上所述,OsWRKY70可能正调控水稻对白叶枯菌抗性,负调控水稻对褐飞虱的抗性,OsWRKY70在白叶枯菌侵染和褐飞虱为害的抗性应答过程中均具有调控作用。
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