BR信号途径关键基因在水稻抗病和产量相互关系中的作用机制研究

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油菜甾醇类物质(BRs)是植物生长发育必需的一类植物激素。在水稻中,BRs可直接与细胞膜表面的类受体激酶Os BRIl结合,类受体激酶Os BAK1可与Os BRIl互作形成BR的共受体,最终激活的BR信号下游的转录因子进核调控相关基因的表达以调控水稻生长、发育、繁殖和防御反应等。既然BR信号同时参与调控水稻的生长发育和抗病反应,那么,我们是否可以通过精细调控BR信号中的相关组分,实现对水稻抗病性和产量的改良呢?为了研究BR路径对水稻抗病性和产量的影响,我们分别对Os BZR1-RNAi植株和Os BRI1基因突变体d61-1植株接种白叶枯病菌和细菌性条斑病菌,结果表明:相比野生型,Os BZR1-RNAi植株和d61-1植株对白叶枯病和细菌性条斑病的抗性增强。Os BZR1-RNAi植株的单株产量明显下降。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术,我们创建了Os BRI1基因新的突变体d61-10。与野生型相比,d61-10突变体对白叶枯病菌、细菌性条斑病菌和稻瘟菌的抗性增强,且单株产量在统计学上没有改变。我们同样利用CRISPR/Cas9技术创建了Os BAK1基因的突变体osbak1。虽然osbak1突变体对这些病原菌的广谱抗性增强,但是该突变体的单株产量下降。外源喷施BR抑制水稻对这些病原菌的广谱抗性。总之,本研究不仅创建了对病原菌具有广谱抗性且单株产量在统计学上不受影响的突变体d61-10,而且证明了外源BR抑制水稻对病原菌的广谱抗性。本研究的结果为进一步通过精细调控BR信号路径的相关组分,创建更多的抗病性增强、产量不变甚至增加的水稻材料提供了依据和思路。
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