OsDRxoc1介导的水稻抗条斑病分子机制解析

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水稻是世界范围内的口粮作物,而病原菌的侵害严重威胁着水稻的生产和稻米的品质。水稻细菌性条斑病是由稻黄单胞菌稻生致病变种Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc引起的一种细菌性病害,该病害已逐渐成为非洲西部、中国南方和中部水稻种植区的主要病害。水稻条斑病抗性属于典型的数量性状,但由于携带细菌性条斑病主效抗病基因的水稻资源缺乏,因而挖掘潜在的抗病基因以培育抗病品种来抵抗条斑病具有重要的理论和实践意义。课题组前期通过差异表达cDNA文库技术,研究对条斑病的高抗水稻材料Acc8558和易感水稻材料ZH11在病原菌侵染过程中差异基因的情况,选取了位于对条斑病抗性效应很强的qBlsr5b上的OsDRxoc1基因(LOCOs05g37060)作为进一步的研究对象。通过对其结构和功能进行分析和鉴定,证实了OsDRxoc1基因能够编码R2R3-MYB蛋白的转录因子,并且能够受病原菌的诱导表达。对以ZH11为背景的OsDRxoc1转基因水稻T0、T1代进行接种实验发现,超量表达OsDRxoc1的转基因水稻对条斑病菌RS105的抗性增强,而抑制表达OsDRxoc1的转基因水稻则表现出对条斑病菌RS105更加感病。由此,本论文针对OsDRxoc1介导的水稻抗条斑病的分子机制展开了进一步的研究。在种植OsDRxoc1转基因水稻的过程中,我们发现OsDRxoc1超量表达转基因水稻的叶片颜色相比于野生型出现明显的黄化现象。通过测定ZH11水稻以及OsDRxoc1超量和抑制表达转基因水稻中的叶绿素含量,结果发现造成这种黄化表型与叶片中的叶绿素以及类胡萝卜素含量下降有关。在透射电镜中可以清楚地观察到OsDRxoc1超量表达水稻的叶绿体结构也发生了改变,基粒片层的长度和层数都减少,暗示OsDRxoc1与叶绿体的结构有着密切的关系。同时发现,对水稻进行喷施激素处理后,OsDRxoc1能够快速响应SA的诱导表达而不受GA或者JA的诱导表达;并且激素含量测定结果显示,相比于野生型水稻,OsDRxoc1超量表达转基因水稻的JA、JA-Ile和SA含量均有提高,在接种RS105以后这种差异更加明显,暗示OsDRxoc1介导的水稻对条斑病的抗性可能是通过提高植物体内JA和SA的含量,从而激活JA和SA信号路径来实现对病原菌的抵抗。为了进一步解析OsDRxoc1如何参与水稻和条斑病菌的互作过程,我们通过酵母双杂交筛选到与OsDRxoc1互作的蛋白OsbHLH81。与野生型相比,OsDRxoc1超量表达转基因水稻中OsbHLH81的表达量显著下调,说明OsDRxoc1能够负调控OsbHLH81的表达。而对OsbHLH81转基因水稻进行抗病性检测也发现,超量表达OsbHLH81基因增加了水稻对条斑病的感病性,而基因编辑转基因水稻则提高了植株对条斑病的抗性,说明OsbHLH81作为一个负调控因子参与水稻对条斑病的抗性。此外,在OsbHLH81基因编辑转基因水稻中,JA信号路径基因被激活,暗示着OsDRxoc1和OsbHLH81作用的信号路径与JA相关。综上所述,OsDRxoc1作为水稻抗条斑病的正调控因子,能够激活SA信号路径;并且通过与OsbHLH81互作,共同调控水稻的JA信号路径,来实现对病原菌的抵抗。本研究揭示了水稻抗细菌性条斑病的分子机制,对于培育抗病品种具有指导意义,同时也有助于进一步探索植物叶绿体发育与病原菌互作之间的联系。
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