【摘 要】
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水稻是重要的粮食作物,其生产经常受到纹枯病、白叶枯病、干旱等多种生物和非生物逆境因素的干扰。因此,挖掘多重抗性的基因资源培育多抗品种是水稻产业上的急切需求之一。植物的不同抗性通常受特定的基因控制,仅少数基因被报道可以同时调控生物和非生物逆境抗性,我们此前鉴定的编码62个氨基酸的短肽基因Os2H16,其组成型表达同时提高水稻对纹枯病、白叶枯病和干旱的三重抗性。转录调控机制研究揭示,转录因子Os AS
【基金项目】
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山东省优秀青年基金资助项目(ZR2020YQ24); 国家自然科学基金资助项目(31771748、31601279); 山东省现代农业科技产业体系资助项目(SDAIT-17-06);
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水稻是重要的粮食作物,其生产经常受到纹枯病、白叶枯病、干旱等多种生物和非生物逆境因素的干扰。因此,挖掘多重抗性的基因资源培育多抗品种是水稻产业上的急切需求之一。植物的不同抗性通常受特定的基因控制,仅少数基因被报道可以同时调控生物和非生物逆境抗性,我们此前鉴定的编码62个氨基酸的短肽基因Os2H16,其组成型表达同时提高水稻对纹枯病、白叶枯病和干旱的三重抗性。转录调控机制研究揭示,转录因子Os ASR2可以靶向启动子区GT-1元件调控Os2H16基因的表达。进一步研究发现Os2H16启动子区域还存在一个AATCA顺式元件参与对纹枯病的响应。通过DNA Pull-down联合质谱分析技术,筛选到一个与AATCA元件互作的包含有b HLH结构域的DNA结合蛋白Os ILR3。本研究首先完善了Os ILR3与顺式元件序列AATCA的结合,并通过遗传实验验证了Os ILR3同时参与正调控水稻对纹枯病和干旱的抗性。取得的主要结果总结如下:(1)通过EMSA、Ch IP-q PCR等实验证实了Os ILR3与AATCA元件的结合能力,从而完善了Os ILR3与DNA结合的验证。(2)在烟草中瞬时表达Os ILR3可以激活下游绿色荧光蛋白报告基因的表达,利用酵母验证了Os ILR3的转录激活活性,证明了Os ILR3具备转录激活活性。结合其亚细胞定位核定位及具有DNA结合能力,证明了Os ILR3是一个具备完整功能的转录因子。(3)通过农杆菌介导的粳稻遗传转化体系创制了Os ILR3基因超量表达和CRISPR/Cas9基因编辑敲除株系,通过q RT-PCR技术验证了Os2H16表达量与Os ILR3基因表达量之间的正相关。(4)对Os ILR3转基因株系和野生型株系进行纹枯病菌接种,发现与野生型品种中花11相比,超量株系病斑面积更小而基因编辑敲除株系病斑面积更大,病程相关基因Os PR1b和Os PR10的转录水平也与表型相一致,证明了Os ILR3正调控水稻对纹枯病的抗性。(5)对Os ILR3转基因株系和野生型株系进行干旱处理及PEG8000模拟干旱处理,发现Os ILR3参与水稻干旱胁迫调控且超量表达后通过提高过氧化物酶等方式提高水稻抗旱性。(6)对株高,分蘖等主要发育性状进行统计,发现Os ILR3超量表达或敲除对主要生长性状没有显著影响。综上所述,我们鉴定了一个新的参与调控水稻对纹枯病及干旱抗性的转录表达调控模块—Os ILR3-AATCA-Os2H16,丰富了水稻多重抗性转录调控的作用机制。
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