水杨酸应答新基因 OsAAA-ATPase-1 在水稻广谱抗病反应中的分子机理研究

The AAA-ATPase (ATPases associated with several cellular activities) family genes have been implicated in diverse physiological processes in both eukaryotes and prokaryotes, however their function in rice defense responses remains completely elusive. In the course of our recent studies, we found a new rice AAA-ATPase gene, OsAAA-ATPase-1, which is induced by salicylic acid (SA) and implicated in resistances to blast and leaf blight diseases. These findings suggest that this gene may serve as an important new gene resource for molecular breeding of disease resistances. In this proposed work, we investigate the molecular function and mechanism of OsAAA-ATPase-1 in SA-signaling pathway and multi-disease resistances in rice, by employing molecular approaches, e.g., analysises of microarray, protein subcellular localization and interaction with other defense related protein(s)of this gene. The results obtained in this study will contribute importantly to better understanding of the biological significance of AAA-ATPase family genes and the full molecular mechanism of rice defense responses, as well as to agrobiological application of the OsAAA-ATPase-1 gene.

AAA-ATPase基因家族在生物界广泛存在，参与多种生理活动，但对其在水稻抗病反应中的功能和分子机理研究鲜见报道。申请者在最近的研究中发现一水杨酸应答水稻AAA-ATPase基因家族新成员OsAAA-ATPase-1参与稻瘟病和白叶枯病抗性反应。因此，该基因有望能为水稻广谱抗病分子育种提供新的重要基因资源。为了进一步研究该基因的广谱抗病作用机理，本项目拟通过分子生物学手段研究该蛋白的ATPase活性、亚细胞定位，并深入研究OsAAA-ATPase-1的信号通路及其靶基因，解析以OsAAA-ATPase-1为节点的水杨酸应答网络以及在水杨酸信号传导途径中的作用，揭示该基因在水稻广谱抗病性中的功能及其作用机理。本项目对阐明水稻抗病反应机理，丰富AAA-ATPase基因家族的生物学功能，以及指导其实际应用均具有重要意义。

AAA-ATPase基因家族在生物界广泛存在，参与多种生理活动，但对其在水稻抗病反应中的功能和分子机理研究鲜见报道。申请者在最近的研究中发现一水杨酸应答水稻AAA-ATPase基因家族新成员OsAAA-ATPase-1（现命名为OsAAA1）参与稻瘟病和白叶枯病抗性反应。因此，该基因有望能为水稻广谱抗病分子育种提供新的重要基因资源。为了进一步研究该基因的广谱抗病作用机理，本项目通过分子生物学手段，发现OsAAA1正调稻瘟病抗性，该基因编码的蛋白具有ATPase活性，在细胞中的定位没有特异性。进一步通过基因芯片挖掘OsAAA1调控的下游基因，得到了6个参与OsAAA1介导的稻瘟病抗性反应，这些基因均参与细胞的代谢过程以及信号传导。通过酵母双杂交发现OsAAA1与WRKY家族成员WRKY13和WRKY68，以及稻瘟病抗性基因Pib和Pit均有相互作用。通过光谱法和计算机模拟的方法研究表明， OsAAA1蛋白和SA之间发生相互作用，并且相互作用是一个动态猝灭的过程。通过同源建模和分子对接的方法，发现SA与OsAAA1可能的作用位点在氨基酸残基240~420的区间，其中Gly389，Lys257以及Glu425这三个氨基酸很可能是与SA形成氢键的关键氨基酸。通过表达分析发现，由OsAAA1介导的SA信号途径独立于其他的SA信号途径，如OsNPR1,OsWRKY45和OsSSI2等。本研究结果对阐明水稻广谱抗病作用机理以及抗病育种具有重要意义。