四川農業大學在水稻紋枯病抗性研究方面取得進展

?2021-03-05 16:51 ?108人閱讀 ? 雙一流大學網

  2021年2月18日,Plant Biotechnology Journal(影響因子8.15)在線發表了以四川農業大學水稻研究所王愛軍博士為第一作者,碩士生舒新月為共同第一作者,鄭愛萍教授和李平教授為通訊作者題為“Identification of rice (Oryza sativaL.) genes involved in sheath blight resistance via a genome-wide association study”的研究論文。


  水稻紋枯?。⊿heath blight disease)是水稻生產中的三大主要病害之一,對水稻產量造成嚴重的損失。隨著我國水稻高分蘗、半矮稈、耐肥、高產品種的推廣以及機械化直播栽培技術的應用,近年來水稻紋枯病的發生呈現上升趨勢,目前已經發展成為我國分布和危害最廣的病害之一。由于水稻抗性資源的稀少及缺乏系統鑒定和挖掘,紋枯病抗性分子育種研究方面處于停滯不前的狀態,挖掘水稻紋枯病抗性基因并解析其內在的抗性分子機制對提高水稻品種紋枯病抗性,減輕病害損失具有重要的意義。


  該研究通過多年多點對搜集整理的259個水稻品種(含高抗紋枯病的地方品種資源)進行苗期、分蘗期、穗期紋枯病關鍵發生時期的全基因組關聯分析(Genome-wide association study, GWAS),結合不同時空侵染的抗感材料轉錄組數據及抗性QTL位點分析,鑒定獲得653個與水稻紋枯病抗性顯著關聯的基因。其中,抗性相關基因OsRSR1和OsRLCK5,通過超表達、RNAi干涉分析發現,超表達OsRSR1和OsRLCK5可顯著提高水稻對紋枯病的抗性,干涉OsRSR1和OsRLCK5可大幅度降低水稻對紋枯病的抗性。


  OsRSR1含有NBS-LRR結構,蛋白質相互作用實驗結果表明,其CC結構域通過與水稻絲氨酸羥甲基轉移酶OsSHM1互作而影響活性氧(Reactive oxygen species, ROS)水平。qRT-PCR結果顯示,超表達OsRSR1轉基因株系中多個ROS相關基因的mRNA水平顯著增加,同時酶活性檢測表明多個抗壞血酸-谷胱甘肽循環系統(Glutathione-ascorbic acid antioxidant system)相關酶活性顯著增加,抗氧化酶構成了能有效清除病原菌侵染產生自由基的循環系統。胞質類受體激酶基因OsRLCK5可通過與水稻谷氧還蛋白GRX20互作而參與抗壞血酸-谷胱甘肽循環系統,在維持蛋白質的穩定性,生物膜系統結構的完整性及防御膜膜脂過氧化起重要作用,進而提高水稻對高水平ROS的抵抗能力。


  綜上,該研究結果表明,水稻紋枯病抗性基因OsRSR1和OsRLCK5可通過抗壞血酸-谷胱甘肽循環系統調節ROS平衡以增強水稻對紋枯病的抗性,該發現可為水稻紋枯病抗性分子育種提供新思路。


  該研究受到國家973前期專項(2021CB160304),國家自然基金項目(31400130,31971867),四川省科技廳重點研發項目(2021YFN0010)的資助。前期關于水稻紋枯病菌病原機制及與水稻互作的研究結果已發表在Nature Communications等雜志上。


  文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13569

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