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白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)、细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola,Xoc)和稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae,M.oryzae)是极具破坏力的水稻病原菌,也是造成水稻大面积减产的罪魁祸首。籼稻品种明恢63是一个在我国大面积使用超过30年的恢复系,其携带的主效抗白叶枯病基因Xa3/Xa26因其持久且广谱的抗病能力,在生产中得到广泛应用。该基因在粳稻品种中的抗性可能比在籼稻品种中更好(Cao et al 2007)。OsWRKY45在籼稻和粳稻中拥有不同的等位基因,并且这对等位基因可能是引起Xa3/Xa26在不同水稻亚种中抗病功能有差异的原因之一(Zhou et al 2009;Tao et al 2009;Kou et al 2010)。为了在水稻抗病育种中更好的应用这两个基因,我们分别以籼稻品种明恢63和粳稻品种牡丹江8为受体构建近等基因系以研究Xa3/Xa26基因抗性出现差异的原因和OsWRKY45等位基因的功能差异。获得的主要结果如下:在携带Xa3/Xa26基因的自然品种中,粳稻品种早生爱国3比籼稻品种IRBB3和明恢63对Xoo具有更好的抗性以及更高的Xa3/Xa26和OsWRKY45基因的表达水平。MD1是以牡丹江8为背景的携带Xa3/Xa26和OsWRKY45-1的近等基因系,其病斑长度比供体亲本明恢63短,其中Xa3/Xa26的表达水平也比明恢63更高。在Xa3/Xa26基因存在的情况下,分析携带OsWRKY45-1和OsWRKY45-2的近等基因系抗病程度和相关基因的表达量,发现牡丹江8背景的家系比明恢63背景的家系更抗病,同时携带OsWRKY45-1的家系比携带OsWRKY45-2的家系更抗病;牡丹江8背景中Xa3/Xa26和OsWRKY45的表达量都显著高于明恢63背景,同时在两种背景中OsWRKY45-1的表达量显著高于OsWRKY45-2。证明粳稻背景有利于提高Xa3/Xa26的抗病功能,该现象可能普遍存在,并且OsWRKY45-1基因对此现象有贡献。进一步实验证明OsWRKY45基因参与Xa3/Xa26介导的抗病路径。分析粳稻背景中Xa3/Xa26抗病过程中内源植物激素的含量发现水杨酸(salicylic acid,SA)和茉莉酸(jasmonic acid,JA)的含量在抗病家系和感病家系间有显著差异。外源激素处理后接种病原菌发现JA抗病信号路径在Xa3/Xa26介导的对Xoo的抗病过程中发挥重要的作用。分析粳稻背景中植保素的含量和细胞壁抗性相关基因的表达量,发现在Xa3/Xa26抗病过程伴随着植保素的大量积累而不需要细胞壁的加厚。进一步分析OsWRKY45-2转基因材料接种不同病原菌后内源激素和植保素的含量,发现OsWRKY45介导对Xoo和Xoc的抗病反应引起JA的积累;而对M.oryzae的抗病反应引起SA的积累;对Xoo和M.oryzae的抗病反应都与增加二萜类植保素的积累有关。说明OsWRKY45基因在Xa3/Xa26介导的抗病路径中的作用是引起植保素和茉莉酸化合物的积累。OsWRKY45的等位基因在183份中国品种中的分布与水稻亚种的分类正相关。进一步分析发现携带OsWRKY45-1的品种倾向于分布在高纬度地区,而携带OsWRKY45-2的品种倾向于分布在低纬度地区。然而长短日照处理并不影响不同近等基因系的抽穗期,说明OsWRKY45等位基因在不同纬度分布与日照长度无关。尽管OsWRKY45-1和OsWRKY45-2都负调控水稻抗高温,高温处理却发现携带OsWRKY45-1的近等基因系对高温更敏感。分析近等基因系中不同温度下OsWRKY45的表达量,发现OsWRKY45-1的表达量受温度的诱导,在35℃时OsWRKY45-1的表达量显著高于OsWRKY45-2。以上结果证明OsWRKY45等位基因在高温下表达水平的差异会引起近等基因系对高温的敏感度不同,从而导致OsWRKY45等位基因在不同纬度的分布。进一步分析发现OsWRKY45-2的启动子中包含两个额外的脱落酸(abscisic acid,ABA)响应原件。种质资源品种中OsWRKY45启动子单倍型与等位基因的单倍型分布情况一致。携带OsWRKY45-2启动子的品种倾向于分布在低纬度地区,随着纬度的升高,携带OsWRKY45-1的品种比例越来越高。该结果暗示启动子的差异使OsWRKY45等位基因对温度敏感程度不同,从而造成携带不同等位基因的品种倾向于分布在不同的纬度。综上所述,本研究发现粳稻背景有利于提高Xa3/Xa26的抗病能力,OsWRKY45等位基因表达量的差异不仅会影响Xa3/Xa26的抗病能力,也会影响水稻对高温胁迫的响应。暗示用传统育种方法将Xa3/Xa26导入粳稻中能更好的发挥其功能。OsWRKY45-1位点更适合用于抗病育种,OsWRKY45-2位点更适合用于抗逆境育种。