OsSBR2基因调控水稻与纹枯菌早期互作的研究

来源 :浙江师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiongmao_yang
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水稻纹枯病是农作物重要真菌病害之一,在世界范围的几乎所有水稻种植区均有发生。水稻纹枯病抗性由数量遗传位点控制,目前尚未找到主基因抗性的水稻种质。培育具有数量遗传抗性的水稻品种可以防控水稻纹枯病。前期研究对水稻抗感基因型进行比较转录组分析,对差异表达候选基因的RNAi转基因水稻进行接种鉴定,筛选获得了水稻纹枯病抗性相关基因OsSBR2,创制了ossbr2突变水稻株系、OsSBR2-RNAi水稻株系和OsSBR2过表达水稻株系。本研究围绕OsSBR2的基因功能和参与调控水稻与纹枯菌互作的分子机制,对OsSBR2的上述水稻遗传材料进行田间纹枯病抗性鉴定,对OsSBR2过表达株系进行转录组分析,对ossbr2突变株系进行蛋白质组学研究。研究结果如下:(1)在大田水稻分蘖末期,通过叶鞘接种法,向OsSBR2的水稻遗传材料接种水稻纹枯菌。ossbr2突变株系和野生型XD的纹枯病平均病级分别为5.41和7.65,两者呈显著性差异(p=0.05)。OsSBR2过表达株系的平均病级为8.33,比野生型XD更感病,两者呈显著性差异(p=0.05)。OsSBR2-RNAi株系和野生型TJ394的平均病级分别为5.20和7.35,两者呈显著性差异(p=0.05)。这些数据验证了前期研究通过水稻离体叶片接种获得的ossbr2突变株系和RNAi株系比野生型更抗病、过表达株系比野生型更感病的结果,因此OsSBR2负调控水稻纹枯病抗性。(2)对感病的野生型XD和更感病的OsSBR2过表达水稻株系进行比较转录组分析。两基因型在未接种和纹枯菌侵染24h条件下分别有173个和263个呈显著差异表达的水稻基因(differentially expressed genes,DEGs)。上述两类DEGs的功能均在GO条目“氧化还原酶活性”“金属离子转运活性”显著富集。未接种处理的173个DEGs的功能在GO条目“胞外单加氧酶活性”显著富集。接种处理的263个DEGs在GO条目“叶绿素结合”“木聚糖1,4-β-木糖苷酶活性”“淀粉酶”显著富集。在纹枯菌侵染24h的水稻样品中检测到纹枯菌转录物,并且在两种水稻基因型的接种样品中有92个纹枯菌基因著差异表达。纹枯菌DEGs包括:糖苷水解酶,纤维二糖水解酶类(AG1IA_07877,AG1IA_01834,AG1IA_00256,AG1IA_00667,AG1IA_09613,AG1IA_09169),说明纹枯菌侵染力依赖于胞壁降解酶和其它差异表达分子。(3)对抗病的ossbr2突变株系和感病的野生型XD进行比较蛋白质组分析。两基因型的未接种样品有148个水稻差异表达蛋白(differentially expressed proteins,DEPs),包括过氧化物酶前体、谷胱甘肽S-转移酶GSTU6、糖基水解酶和几丁质酶,说明ossbr2突变导致金属离子转运活性、氧化还原酶活性呈预存性差异表达。两基因型的接种样品有127个水稻DEPs,包括过氧化物酶、氧化还原酶、谷胱甘肽S-转移酶、糖基水解酶、几丁质酶、苯丙氨酸脱氨酶等,表明OsSBR2可能通过影响氧化还原酶活性、金属离子转运活性以及某些次生代谢关键酶的活性来调控水稻纹枯病抗性。此外,从抗感水稻基因型的接种样品还鉴定出56个纹枯菌DEPs,包括纤维素和纤维二糖降解酶、糖苷水解酶、氧化还原酶、毒力相关蛋白ATM1,说明OsSBR2间接调控纹枯菌细胞壁降解酶类,氧化还原酶类以及毒力相关蛋白的活性。综上所述,在水稻与纹枯菌互作过程中,OsSBR2调控水稻金属离子转运活性、氧化还原酶活性以及次生代谢的关键酶类,间接影响纹枯菌编码的细胞壁降解酶、致病力相关蛋白的活性,以此来调控水稻纹枯病抗性。本研究在转录组和蛋白质组水平获得的研究结果,对于培育抗纹枯病水稻品种具有重要指导意义。
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