水稻茉莉酸和细胞分裂素信号相关基因及QTLqSB-11~(LE)的抗纹枯病功能和机理研究
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J I輕科学一NONG~Yl水稻品种Lemont抗稻瘟病基因Q T L的初步定位周口职业技术学院薛文君宋丽万四新李民李森摘要:用四川稻瘟病高发区的优势稻瘟病菌生理小种对引进的水稻品种Lemont进行抗谱测试,结果表明,水稻品种Lemont中含有数 个控制稻瘟病病斑和病斑数量的抗性QTL基因;通过稻瘟病抗性品种Lemont和易感品种丽江新团黑谷为亲本构建了 F2作图群体,利用SSR 分子标记构建遗传图谱,将Lemont中的两个抗瘟性QTL基因位点定位在水稻第八、十一染色体上,可以利用这些标记快速检测相关抗性基 因,通过进一步研究开发出与这两个抗性QTL位点紧密连锁的分子标记,为育种工作更有效地利用抗疸性基因资源提供便利。
关键词:水稻;品种Lemont;稻瘟病菌;SSR标记;QTL四川稻区稻瘟病菌生理小种种类多、毒性强、病害发作频率高,发病时造成水稻产量的较大减产,因而抗稻瘟病的水稻品种受到广泛的研究,取得的成果相当丰富,一些成果也在生产上得到了应用,效果明显。
四川省农业科学院育种专家连续对新育成的具有良好抗病性的五个水稻品种进行大田诱发稻瘟病实验,表明Lemont和其他四个水稻品种都是持久的抗稻瘟病品种;利用稻瘟病表型鉴定和 SSR分子标记多态性检测相结合的方法,在第11和第8染色体上检测到抗性QTL位点,为实验室利用分子标记快速检测水稻中的这些抗性基因和进一步开发出与该位点更近更紧密的连锁分子标记打下基础。
一、材料和方法(一)实验材料1、 水稻鉴定品种、供试水稻品种 与菌株。
水稻鉴定品种采用国内标准水稻品种特特普(tetep)、珍龙13、四丰13、东农363、关东51、合江18与丽江新团黑谷中国7个统一的鉴别品种(全国稻瘟病菌联合调查组1979);供试菌株选用(2015年夏)从四川几个稻瘟病流行稻区分离的120个菌样,供试水稻品种为五个稻瘟病抗性品种和稻瘟病易感品种丽江新团黑谷 (LTH),均由四川省农业科学院提供。
茉莉酸甲酯诱导大田水稻抗白叶枯病的效应研究作者:向妙莲 蒋海燕 曾晓春 何永明 付永琦 黄友明来源:《植物保护》2016年第02期摘要:本研究以感白叶枯病水稻品种‘温229’为试验材料,通过茉莉酸甲酯(MeJA)浸种和喷雾处理幼苗期和孕穗期水稻,探索MeJA诱导大田水稻抗白叶枯病的效应。
水稻幼苗期,0.004 mmol/L MeJA浸种、0.1 mmol/L MeJA喷雾、0.004 mmol/L MeJA浸种后再用0.1 mmol/L MeJA喷雾处理,均表现诱导幼苗抗白叶枯病的作用,其诱导效果最高达27.65%;其中,MeJA浸种再喷雾双重处理的效果与单一喷雾处理差异不显著,但与单一浸种处理达到显著性差异水平;水稻孕穗期,0.05~2.00 mmol/L的MeJA喷雾后均可降低白叶枯病的病情指数,其中2011年MeJA诱导效果最佳的浓度为0.50 mmol/L,而2012年和2013年则为1.00mmol/L,诱导效果最高为17.17%。
以上结果表明,MeJA处理可有效缓解大田水稻幼苗和孕穗期白叶枯病的发生,其诱导效果可能与MeJA处理浓度、方法及水稻生育期有关。
关键词:茉莉酸甲酯(MeJA);大田水稻;白叶枯病;诱导抗性中图分类号: S 435.111.47,S 432.22文献标识码: A茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)是新发现的一种植物激素,是一种植物诱导抗病研究领域应用较广的高活性激发子,在诱导植物抗病性方面的作用已备受人们关注。
大量试验证实,茉莉酸类(jasmonates,Jas)作为植物抗病反应的重要信号分子,能激活与植物抗病反应相关的防御保护机制,诱导植物产生对多种病害的系统获得抗性[1],并且增强植物抗食草性害虫及非生物胁迫的能力[23]。
MeJA已成功用于诱导小麦抗白粉病[45]、番茄抗灰霉病[6]、香蕉抗枯萎病[7]和柑橘抗青霉病[8]。
MeJA能显著减轻广东高州普通野生稻幼苗[9]和抗稻瘟病近等基因系水稻[1011] 上稻瘟病的发生,但其对菌丝生长和孢子的萌发并无显著抑制作用;进一步的试验证实,MeJA处理激发了水稻重要防御酶活性及蛋白质差异表达,提高了水稻幼苗本身的抗病能力,从而使稻瘟病病情指数显著下降[1011]。
水稻抗纹枯病性遗传分析与主要性状QTL定位水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一。
由立枯丝核菌(R. solani Kuhn)引起纹枯病(Sheath blight)为世界性水稻病害,在我国南方稻区一些地方已上升为第一大病害,严重危害水稻的产量与品质。
选育和种植抗病品种是控制该病发展最经济有效的手段,但目前由于缺乏有效的抗源,生产上真正的抗病品种不多。
因此,寻找优质的抗源,对其进行抗病性遗传分析、定位出与其抗性、主要农艺性状相关的QTL,且通过MAS应用于抗病、高产与优质育种中具有重要的意义。
本研究对四份籼稻抗源的抗纹枯病性进行了鉴定和遗传分析,并用其中的一份抗源(中大304)与一个高感纹枯病的粳稻品种中野1211构建重组自交系,用SSR分子标记对其纹枯病抗性及其主要的13个农艺性状进行QTL定位,同时对重组自交系中抗纹枯病品系进行主要农艺性状评价。
取得的主要研究结果如下:1、选用4份抗纹枯病籼稻资源中大304、MR1400、T1006和大区50,分别与感病粳稻品种中野1211杂交,对亲本及后代群体接种鉴定并进行遗传分析。
结果表明:4个杂交组合后代的F1群体对纹枯病的抗性均介于它们的双亲之间,F2群体抗性分离幅度大、为连续单峰分布,它们对水稻纹枯病的抗性均表现为数量性状遗传,受微效多基因控制,广义遗传力分别为13.44%、48.43%、44.98%和65.66%。
2、以中抗纹枯病的籼稻中大304及高感品种中野1211为材料,构建重组自交系群体(F7),以牙签嵌入法对该群体188个家系进行纹枯病抗性鉴定。
采用142个均匀分布于水稻12条染色体上的SSR多态性标记,构建该群体的分子标记连锁图,图谱全长约1748.8cM,相邻标记间的平均图距是12.32cM。
用区间作图法进行抗病QTL检测,检测到3个QTL,暂命名为qSB-1、qSB-10和qSB-12,分别分布于第1、10和12染色体上,各自能解释表型抗性变异的6.6%、7.2%和5.5%。
水稻抗纹枯病QTL qSB-11的育种价值及其进一步定位左示敏;殷跃军;张丽;张亚芳;陈宗祥;潘学彪【期刊名称】《中国水稻科学》【年(卷),期】2007(21)2【摘要】在相对感纹枯病品种Lemont的第11染色体上存在1个抗性QTL qSB-11(抗性等位基因为qSB-11Le).对qSB-11Le的育种效应即挽回产量损失率进行了研究.在纹枯病较轻发生(4级左右)情况下,qSB-11Le基本未表现出明显的育种效应,相反在重发生(8级左右)条件下,qSB-11Le能挽回的产量损失率达到10.71%.利用发展的多态性分子标记及BC4F2代分离群体,qSB-11Le的存在区间被缩小到分子标记Z405与Z286之间,物理距离在1000 kb左右.可以认为,在水稻抗纹枯病分子育种中,qSB-11Le具有较大的育种价值,利用研究发展的多态性标记可以提高qSB-11Le的选择效率.【总页数】7页(P136-142)【作者】左示敏;殷跃军;张丽;张亚芳;陈宗祥;潘学彪【作者单位】扬州大学,植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室,江苏,扬州,225009;扬州大学,植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室,江苏,扬州,225009;扬州大学,植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室,江苏,扬州,225009;扬州大学,植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室,江苏,扬州,225009;扬州大学,植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室,江苏,扬州,225009;扬州大学,植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室,江苏,扬州,225009【正文语种】中文【中图分类】Q943;S435.111.4+2;S511.034【相关文献】1.基于重组自交系的水稻抗纹枯病QTL定位 [J], 杨娟;王莉娟;黄胜东;李余生2.利用染色体片段置换系定位水稻抗纹枯病QTLs [J], 林静;张所兵;张云辉;汪迎节;方先文3.基于重组自交系的水稻抗纹枯病QTL定位 [J], 杨娟;王莉娟;黄胜东;李余生4.利用染色体片段置换系定位水稻抗纹枯病QTLs [J], 林静;张所兵;张云辉;汪迎节;方先文5.水稻抗纹枯病QTL qSB-9TQ和抗条纹叶枯病基因Stv-bi的聚合育种 [J], 陈宗祥;左示敏;张亚芳;朱俊凯;王龙平;冯凡;马玉银;潘学彪因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
茉莉酸不同方式处理水稻对稻瘟病的防控效果及对水稻防御体系的影响作者:王云锋李春琴韩光煜王长秘刘林李晓疆李晓杰杨静来源:《南方农业学报》2019年第03期摘要:【目的】分析外源茉莉酸喷雾处理水稻后对水稻防御系统的影响,为深入开展茉莉酸在稻瘟病菌与水稻互作中的作用机制研究提供参考依据。
【方法】将茉莉酸以两种方式处理水稻:将100和400 μmol/L茉莉酸分别预先喷雾于水稻叶片上,6 h后再接种稻瘟病菌株孢子;用100和400 μmol/L茉莉酸制备稻瘟病菌株孢子悬浮液直接喷雾接种水稻,调查水稻稻瘟病发病症状及实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测水稻防御相关基因的表达。
【结果】分别用100和400 μmol/L茉莉酸预先喷雾水稻6 h后再接种稻瘟病菌株孢子的诱抗效果分别为16.02%和25.51%;而以100和400 μmol/L茉莉酸制备稻瘟病菌株孢子悬浮液直接喷雾水稻的诱抗效果分别为21.82%和34.09%。
qRT-PCR检测发现受侵染水稻防御相关基因均有不同程度的上调或下调表达。
与接种前(0 h)相比,在茉莉酸预先喷雾水稻后再接种稻瘟病菌孢子的水稻和茉莉酸制备孢子悬浮液直接接种的水稻中病程相关基因PR1a在稻瘟病菌侵染水稻早期表达量有所上调、侵染后期表达量下调,病程相关基因PR10a的表达量上调;水杨酸途径相关基因EDS1和PAL在稻瘟病菌侵染水稻的整个进程中一直处于较低的表达水平;茉莉酸途径相关基因AOS2的表达量显著上调(P<0.05)。
【结论】水稻病程相关基因及茉莉酸途径相关基因参与了水稻防御体系对外源茉莉酸的响应。
关键词:水稻;稻瘟病;茉莉酸;防御相关基因;表达量;病害防治中图分类号: S435.111.41; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标志码: A 文章编号:2095-1191(2019)03-0562-080 引言【研究意义】水稻(Oryza sativa L.)是一种重要的谷类作物,其产量占全球农业生产量的30%~50%,可供给全球能源摄入量的20%,是50%左右世界人口的主要粮食作物(Roy-Barman and Cha-ttoo,2005;Hua et al.,2015)。
水稻茉莉素受体基因OsCOI1 a的克隆与功能研究欧阳诗柳;任春梅【摘要】We cloned OsCOI1a into the expression vector pMYC2,and transformed it into Arabidopsiscoi1-1 mutants. We tested the protein expression levels by western blot,observed the activity of pollen and the sterility of siliques in coi1-1 mutants transformed with OsCOI1 a,and found out that OsCOI1 a could partly complement the phenotype of the sterility of Arabidopsis coi1-1 mutants. All these results suggested that OsCOI1 a might be a receptor of jasmonates in rice.%将拟南芥茉莉素受体基因COI1在水稻中的同源基因OsCOI1a构建到植物双元表达载体pMYC2,导入拟南芥茉莉素受体突变体coi1-1中,采用Western blot检测OsCOI1 a基因的蛋白表达水平,通过观察突变体花粉的活性和果荚的育性,检测OsCOI1 a对coi1-1突变体的互补情况,研究OsCOI1 a基因的功能。
结果表明,OsCOI1 a基因能够在拟南芥coi1-1突变体中正确表达,并能部分互补雄性不育的表型,表明OsCOI1 a基因在水稻茉莉素信号通路中可能起茉莉素受体作用。
【期刊名称】《作物研究》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P337-340)【关键词】水稻;茉莉素;OsCOI1a基因;克隆【作者】欧阳诗柳;任春梅【作者单位】湖南农业大学生物科学技术学院,长沙410128;湖南农业大学生物科学技术学院,长沙410128【正文语种】中文【中图分类】Q785茉莉素(Jasmonates,JAs)[1]是来自于亚麻酸的一种新型植物激素,广泛分布于植物界中[2]。
水稻近等基因系中5个抗旱主效QTL的验证苏振喜;赵国珍;寇姝燕;刘慰华;朱振华;邹茜;世荣;陈于敏;袁平荣【期刊名称】《分子植物育种》【年(卷),期】2012(10)5【摘要】为了验证5个抗旱主效QTL的导入效果,将已精细定位的5个抗旱主效QTLs(DTY1.1,DTY2.1,DTY2.2,DTY3.1和DTY12.1)作供体建立近等基因系,利用与5个QTL位点紧密连锁的16个SSR分子标记对导入抗旱主效基因的23份家系进行目标QTL检测。
结果显示,利用6个标记同时检测,获得携带DTY3.1 QTL的家系5株;利用2个标记同时检测,获得携带DTY12.1 QTL的家系5株;其他3个QTL 位点未检测到目标QTL的家系;没有同时获得具备不同抗旱QTL的家系。
相比较而言,携带DTY3.1 QTL以Apo为供体及携带DTY12.1 QTL以Way Rarem为供体导入效果更好。
这些抗旱家系的获得,为抗旱品种的选育提供了新的抗旱基因来源。
【总页数】5页(P589-593)【关键词】抗旱性,QTL,分子标记,水稻【作者】苏振喜;赵国珍;寇姝燕;刘慰华;朱振华;邹茜;世荣;陈于敏;袁平荣【作者单位】云南省农业科学院粮作所【正文语种】中文【中图分类】S511.034【相关文献】1.利用近等基因系验证水稻细菌性条斑病抗性QTL [J], 陈志伟;吴为人;景艳军;周元昌2.水、旱稻根基粗、千粒重主效QTL近等基因系的构建及鉴评 [J], 刘立峰;张洪亮;穆平;曲延英;李自超3.玉米雄穗分枝数主效QTL定位及qTBN5近等基因系构建 [J], 代资举;王新涛;杨青;王艳;张莹莹;席章营;李保全4.甘蓝型春油菜开花时间主效QTL cqDTFA2a近等基因系的构建 [J], 马茜茹;肖麓5.小麦粒重主效QTL近等基因系的构建和效应评价 [J], 孔忠新;程瑞如;张利伟;卢济康;黄玉龙;虞东;马正强因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
植物激素信号传递途径及其调控机制植物激素是影响植物生长发育和响应外界环境刺激的一类化学物质。
植物激素的作用广泛,包括控制株高、促进根系发育、调节开花、抗逆境等等。
这些生理效应都是由植物激素信号传递途径所控制的。
在本文中,我们将介绍几种主要的植物激素信号传递途径,以及这些途径的调控机制。
一、茉莉酸信号传递途径茉莉酸是一种具有重要生理功能的植物激素,具有抗逆境、促进茎叶发育和调节生殖发育等作用。
茉莉酸信号传递途径涉及多种信号分子和激酶,其中以“茉莉酸-赖氨酸相互作用”为核心的信号转导机制最为重要。
在茉莉酸信号传递途径中,植物激素茉莉酸被转化为活跃物质茉莉酸酸,随后茉莉酸酸与 COI1 蛋白结合,形成 COI1-JAZ 复合物。
该复合物进一步介导了茉莉酸信号的传递,促进了下游基因的表达和植物生长发育的调控。
此外,茉莉酸信号传递途径还涉及多种其他信号分子,如乙烯、ABA 等。
这些信号分子以不同的方式与 COI1 和 JAZ 相互作用,从而影响茉莉酸信号的传递过程。
二、赤霉素信号传递途径赤霉素是一种脱落酸类植物激素,广泛参与了植物的生长发育和响应环境刺激。
赤霉素信号传递途径涉及到一系列的信号分子和转录因子,其中以 GID1-LRB 复合体介导的信号传递机制最为重要。
赤霉素信号传递途径的激素分子是赤霉素,该激素被转化为赤霉素酸后与GID1 蛋白结合形成 GID1-RGA 复合体,该复合体通过与另一种蛋白 LRB 相互作用,形成 GID1-LRB 复合体。
该复合体介导了赤霉素信号的传递,促进了下游基因的表达和植物生长发育的调控。
赤霉素信号传递途径还涉及到多种其他信号分子和蛋白质,如 KIP、SKP 等。
这些蛋白质与 GID1-LRB 复合体形成复合物,从而进一步调控赤霉素信号的传递和目标基因的表达。
三、激素合成途径的调控机制激素信号的传递是由激素合成途径控制的。
植物激素的合成途径涉及到多种酶和途径,包括茉莉酸合成途径、赤霉素合成途径、脱落酸合成途径等。
2400米浴世界最深地下实验室开启新阶段建设7月20日,四川锦屏山隧道地下2400米深处迎来了新的“客人”。
中国锦屏地下实验室正式启动新阶段建设,“极深地下极低辐射本底前沿物理实验设施”项目正式进驻地底,开始安装实验设备。
作为“十三五”时期国家优先安排建设的重大科技基础设施,该项目面向超越当前粒子物理标准模型的新粒子和新物理的重大基础前沿研究,开展暗物质直接探测实验、无中微子双贝塔衰变实验、核天体物理领域关键核素合成过程以及恒星演化等基础科学前沿研究,在极深地下、近零宇宙射线本底条件下,探究各类基础前沿领域探测的新机理、新方法、新技术,发展极低辐射本底屏蔽新方法与新技术,为我国粒子物理和核物理领域的重大基础前沿物理问题研究提供平台支撑。
项目建设完成后,将具备国际领先的深地物理实验综合条件,有望成为世界深地物理实验的中心,推动我国开展国际级大科学合作,吸引国内外顶尖学者前往开展前沿物理实验,为取得重大物理突破提供基础设施保障。
同时,该项目将提供一个近零宇宙线本底的地下辐射计量平台,可以解决极弱放射性基准测量和低剂量率刻度的难题,为我国建设完善的辐射计量基准提供实施条件,推动海洋科学、材料科学、环境科学、生物学等交叉领域的研究,为这些学科领域提供一个国际一流的极低本底交叉创新平台。
我国将建首个海上发射母港近日,有消息称,中国航天科技集团计划年内启动实施“中国东方航天港”项目,拟在山东烟台打造我国首个海上发射母港,推动海上发射高频化、常态化、系统化。
“中国东方航天港”项目将依托烟台优越的地理位置和港口条件,发挥航天、海工等工业制造基础雄厚的独特优势,打造航天海上发射母港,以及火箭研发制造中心、卫星载荷研发制造中心、海上发射平台研发制造中心和卫星数据应用开发中心,辐射带动智能制造装备、物流装备、能源装备、航天新材料、航天旅游等相关产业。
目前,航天科技集团一院、烟台市政府与海工合作伙伴三方已正式签订战略合作框架协议,为深入开展各领域合作、共同推动“中国东方航天港”项目建设奠定了基础。
水稻茉莉酸和细胞分裂素信号相关基因及QTLqSB-11~(LE)的抗
纹枯病功能和机理研究
水稻iOryza sativa)是我国乃至全世界最重要的粮食作物之一,易遭受病虫害威胁。
纹枯病是水稻三大病害之一,在我国南方部分地区已成为水稻第一大病害,每年造成巨大的产量损失。
水稻对纹枯病的抗性为典型的数量性状,抗病机制不明,抗病育种中只能利用数量抗病基因,致使水稻抗纹枯病育种进展较慢。
本文分析了通过调节水稻自身基因OsOSM1的表达和提高细胞分裂素含量来增强水稻纹枯病抗性的可行性,同时对一个抗纹枯病主效QTL (quantitative trait locus)的功能进行了研究,取得的主要结果如下:1、提高水稻自身基因OsOSMl的表达可增强水稻对纹枯病的抗性本研究组之前通过水稻全基因组芯片鉴定到了一批仅在抗病品种YSBR1中受纹枯病菌诱导表达的抗性相关基因。
其中1个基因(LOC_Osl2g38170)位于第12染色体上,无内含子,编码osmotin蛋白,属于PR-5家族,命名为OsOSMl。
研究发现,水稻基因组中共存在2个osmotin编码基因,其中OsOSM1主要在孕穗期和叶鞘中高表达,与水稻纹枯病主要危害时期和特点相吻合。
纹枯病菌侵染后,OsOSM1在抗病种质YSBR1中快速诱导表达,但在感病品种Lemont和徐稻3(XD3)号中则几乎未见增强表达。
在XD3号中,我们对OsOSM1基因进行了超表达,发现相对于未转化对照,OsOSM1超表达系对纹枯病的抗性均有了显著提高,而且发现转基因系中的OsOSM1表达水平总体与其抗病水平呈显著正相关。
农艺性状观测结果显示,OsOSM1过高表达会影响水稻的正常生长发育,但是
当适当增强其表达水平时,可获得既增强纹枯病抗性又不影响生长发育和产量水平的优良转基因系,暗示OsOSM1具有一定的育种应用价值。
OsOSM1蛋白定位于细胞质膜。
OsOSM1超表达转基因系中茉莉酸途径(Jasmonic acid/JA)相关标志基因表达显著增强,OsSOMl也受茉莉酸甲酯(MeJA)诱导表达,这表明OsOSM1超表达系的抗性提高与激活JA介导的防卫信号有关。
以上结果表明,OsOSM1在水稻抵抗纹枯病菌侵染中具有重要作用,研究结果为进一步通过转基因策略调节OsOSM1的表达或者从水稻自然资源中筛选OsOSM1高表达种质培育抗纹枯病育种中间材料奠定了基础。
2、提高水稻细胞分裂素含量可增强水稻对纹枯病的抗性水稻纹枯病致病菌是一种腐生性真菌,具有典型死体营养型病原菌的侵染特征,即在侵染寄主细胞前通常需要先杀死细胞。
前人研究显示,增强细胞分裂素含量(Cytokinin,CK)总体可延缓细胞死亡,减缓植株衰老。
我们发现体外喷施CK类物质可增强水稻幼苗对纹枯病的抗性。
通过农杆菌介导法,我们将一个由衰老诱导启动子驱动CK合成相关基因IPT的表达载体(PSAG39::IPT)转入感病粳稻品种XD3中,获得了内源CK含量显著提高的转基因株系。
转基因系叶片中的叶绿素含量明显提高,衰老延缓。
室内离体接种和大田接种结果显示,转基因系对纹枯病的抗性显著增强;相对于未转化对照品种,转基因系在纹枯病菌侵染初期的细胞死亡量明显减少。
利用引进的水稻CK脱氢酶基因4 (cytokinin oxidase/dehydrogenases 4, CKX4,参与CK降解)的超表达转基因系,我们发现OsCKX4ox转基因系的叶绿素含
量和细胞分裂素水平显著降低;相比于对照品种,OsCKX4ox转基因系对纹枯病的感病程度显著增强,病原菌侵染初期的细胞死亡程度明显加重。
我们还发现一个滞绿(衰老显著延缓)突变体YD8-sgr,其在成熟后期,叶片中的叶绿素和CK含量均明显高于野生型对照,呈现滞绿表型;YD8-sgr对纹枯病的抗性显著增强,病原菌初期侵染诱导的细胞死亡程度明显减轻;YD8-sgr突变体中的11个OsCKXs中有10个表达水平显著低于野生型对照,表明YD8-sgr突变体主要是通过降低OsCKXs表达稳定突变体生育后期的CK含量,从而减少纹枯病菌侵染初期的细胞死亡量,最终提高水稻对纹枯病的抗性。
以上结果首次阐明CK在调节水稻对纹枯病菌的抗性中具有重要作用,为进一步探讨CK在植物抗病防卫反应中的信号机制提供依据,同时也为水稻抗纹枯病分子育种开辟一条新的思路。
3、抗纹枯病QTLqSB-11LE的克隆与功能分析qSB-11的抗性等位基因来自Lemont,命名为qSB-11LE,本研究组前期已将其精细定位在水稻第11染色体上的一个78kb区间内,并通过基因释义、测序和表达分析确定了4个候选基因,分别是编码跨膜氨基酸转运子蛋白基因(ORF1)、受体类蛋白基因(ORF10)、受体类蛋白基因(ORF11)和植保素缺陷型基因4(PAD4)。
在此基础上,本研究在Lemont背景下首先对各候选基因进行了RNA干扰(RNAi)研究,纹枯病抗性鉴定结果显示,ORF1、ORF1l和PAD4的RNAi转基因系与对照Lemont处于相似抗性水平,相反ORFl0的RNAi转基因系对纹枯病的抗性显著低于Lemont,初步表明ORF10参与水稻对纹枯病的抗病反应。
进一步我们在感病近等基因系NIL-qsb11TQ (Lemont遗传背景,但抗性基因qSB-11LE被回交置换为品种特青(TQ)中的感病等位基因qsb11TQ)背景中分别对候选基因ORF10和ORF1l进行了超表达,抗病鉴定结果显示,ORF10超表达转基因系对纹枯病的抗性
水平显著高于对照NIL-qsb11TQ,而ORF11超表达系的抗性水平未见明显改进,说明ORF10是qSB-11LE的最可能候选基因。
通过遗传互补试验,我们发现在NIL-qsb11TQ背景中导入ORF10全长基因几乎可恢复NIL-qsb11TQ的抗性,证明ORF10基因即是qSB-11LE。
通过测序,我们在82份水稻自然品种中鉴定到编码区存在7种等位变异。
通过qRT-PCR,我们发现ORF10在水稻孕穗期和叶鞘中高表达,这与水稻纹枯病主要在孕穗期严重发生且主要危害叶鞘的特点相吻合。
ORF10受纹枯病菌诱导表达,但基本不受白叶枯病菌的诱导表达。
亚细胞定位结果显示,ORF10蛋白在细胞膜和细胞核中均有定位。
通过
RNA-seq,我们对ORF1O的RNAi转基因系(10Ri-1)及对照Lemont进行了转录组分析,初步发现ORF10可能参与调控ET (Ethylene, ET)信号;进一步通过qRT-PCR,我们发现纹枯病菌侵染后,ET合成相关基因OsACO7ET信号途径中的标志基因OsEBP89在Lemont中均显著增强表达,但在ORF10的RNAi转基因系10Ri-1、
10Ri-2和感病近等基因系NIL-qsb11TQ中则未见明显变化;随后我们测量了ET 释放速率,发现在纹枯病菌侵染后24h和48h样本中,Lemont中的ET释放速率均显著高于NIL-qsb11TQ和10Ri-1、10Ri-2。
以上结果表明,ORF10是通过影响纹枯病菌诱导的ET合成进而激活ET介导的防卫信号提高水稻对纹枯病的抗性。
由于ORF10释义编码受体类蛋白,因此,我们怀疑其类似于已克隆的受体蛋白参与调控水稻的PTI反应或早期抗病反应。
为此,我们利用两种已知PAMPs (Microbial-associated molecular patterns)因子chitin(几丁质)和短肽flg22(细菌鞭毛蛋白短肽),分别处理对照Lemont、NIL-qsb11TQ和10Ri-1转基因系的叶片,测定处理后的水稻叶片中还
原性氧ROS(Reactive oxygen species)的聚集动态,同时分析了相关信号中的标志基因表达变化。
结果显示,chitin处理后,Lemont中的ROS迅速得到聚集,其次是10Ri-1,而NIL几乎不受诱导;flg22处理后,Lemnot、NIL-qsb11TQ和10Ri-1中的ROS聚集量均有一定提高,但在Lemont中的聚集量更高,表明ORF10参与水稻的早期抗病反应。
综合以上结果,我们初步提出了ORF10的抗病信号传导机制,即ORF10参与水稻对纹枯病菌的早期抗病反应,并快速诱导ET合成,从而激活ET介导的防卫反应以提高水稻对纹枯病的抗性。