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植物病害严重危害世界作物产量及食品安全,因此解析植物与病原菌互作机制且提出行之有效的病害管控方法对于作物分子育种以及作物病害防控工作具有指导意义。由稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)致病变种水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)引起的水稻细菌性条斑病(条斑病)是水稻生产上一种严重的细菌性病害,主要分布于我国华中、华南及华东地区,近几年有向北方稻区扩散的趋势,非洲稻区以及东南亚稻区也有发生。发病时病菌沿水稻叶脉扩散,导致叶片逐渐干枯,严重影响水稻产量。为了明确水稻植株在不同发育时期对条斑病抗性差异,分析了水稻在21天(day,d)到35 d生长过程中对条斑病菌的抗病性变化。结果表明:水稻在21 d到35 d生长过程中对条斑病菌的抗性逐渐升高,并伴随着植物激素茉莉酸(JA)逐渐减少及其合成前体OPDA的逐渐增多。利用外源Me-JA处理水稻,发现水稻对条斑病菌更加感病。对JA合成基因OsAOS1、OsAOS3的超量表达水稻转基因株系(AOS1-OE,AOS3-OE)以及aos1突变体和JA受体基因OsCOI1的RNAi干扰水稻材料的抗病分析显示:AOS1-OE和AOS3-OE株系对条斑病菌更加感病,而aos1突变体和COI1-RNAi水稻材料则表现出相对抗病的表型,表明JA可能负调控水稻对条斑病菌的抗性。为了进一步揭示JA随水稻生育期逐渐减少的具体机制,对3周(week,w)和4 w的水稻叶片进行转录组测序分析。数据分析及qPCR验证结果显示,3 w水稻叶片中JA下游路径基因表达量显著高于4 w,但JA合成基因的表达量并没有出现较大差异。如前所述,JA减少伴随着JA生物合成前体OPDA的增加。为解释这一现象,对OPDA向JA转化过程中的相关基因做了进一步分析,发现将OPDA催化成OPC:8的还原酶OsOPR7在水稻中存在两个转录本:由5个外显子组成的OsOPR7.1和缺失2号外显子且功能尚不明确的OsOPR7.2。虽然OsOPR7转录水平在3 w和4 w水稻叶片中没有显著差异,但利用基因组可视化工具IGV软件分析OsOPR7转录本测序峰图发现,OsOPR7的2号外显子峰度在3w显著高于4w,其他外显子峰度没有显著差异,推测OsOPR7在水稻21 d到28 d的生长过程中发生了可变剪切。利用OsOPR7的特异引物分别检测其两个转录本的表达水平发现,OsOPR7.1的表达水平在水稻21 d-35 d生长过程中逐渐降低,而OsOPR7.2的表达水平则逐渐升高,这一变化趋势分别与JA和OPDA的变化趋势一致,这暗示OsOPR7.1可能具有较强的将OPDA还原成JA的能力,导致3 w水稻叶片中JA含量较高、OPDA含量较低;而OsOPR7.2催化OPDA的能力较弱造成了5 w水稻叶片JA含量降低和OPDA含量积累。为比较OsOPR7.1和OsOPR7.2的功能差异,分别克隆了OsOPR7.1和OsOPR7.2的编码区,分别转入拟南芥中,结果表明只有超量表达OsOPR7.1能够抑制拟南芥幼苗主根的伸长,并且回补opr3突变体的表型,证明了OsOPR7.1与拟南芥中的AtOPR3发挥相似的功能。进一步利用CRISPR技术在水稻中敲除OsOPR7后,水稻JA含量减少,对条斑病菌的抗性增加;而水稻中超量表达OsOPR7.1后,水稻JA含量增加,且对条斑病菌更加感病。然而,超量表达OsOPR7.2并不能提高水稻JA含量,并且对条斑病抗性没有显著影响。以上结果说明OsOPR7对水稻JA合成十分重要,并且OsOPR7的两个转录本中,OsOPR7.1在JA生物合成中发挥关键作用,而OsOPR7.2在JA生物合成中可能不起作用或者酶活性较差。为了进一步分析OsOPR7.1和OsOPR7.2对OPDA的催化能力,分别原核表达OsOPR7.1和OsOPR7.2,对纯化后的OsOPR7.1和OsOPR7.2进行酶活力检测,结果显示OsOPR7.1具有较强的催化OPDA的能力,而OsOPR7.2对OPDA的催化能力较弱,证明对OPDA的催化起主要作用的是OsOPR7.1。除了通过伤口入侵植物细胞外,病原菌还可以利用健康叶片气孔入侵植物细胞,开放的气孔附近会聚集更多的病原菌。Pseudomonas syringae pv.tomato DC3000(Pst DC3000)在入侵拟南芥叶片时会分泌一种JA化学类似物冠毒素(coronatine,COR),COR能够模拟JA通过JA受体COI1启动JA下游信号路径,抑制气孔防御响应促进侵染。因此猜测,JA可以通过调节气孔开度来调节水稻对条斑病菌的抗性。为验证这一假设,我们检测了外源Me-JA对水稻气孔开度的影响,并比较了JA超量表达株系、突变体株系与野生型气孔开度的差异,结果表明,JA正向调节气孔开度,更利于病原菌的感染。进一步研究表明,气孔开度在水稻21 d-35 d生长发育过程中逐渐减小,与JA含量变化趋势以及水稻对条斑病的抗病性变化趋势一致,初步表明JA通过调节不同生育期水稻气孔开度来调控水稻对条斑病的抗性。在水稻生产过程中,本研究结果有望为水稻苗期条斑病病害防治提供技术指导,在水稻苗期生长阶段,可以通过外源喷施JA合成抑制剂DIECA等物质的方法以达到预防条斑病菌的效果。