乙醛酸循环在水稻稻瘟病应答中的作用机理

乙醛酸循环在油料作物种子萌发、萌发后生长以及植物衰老、果实成熟等很多生理过程中起作用。乙醛酸循环的两个关键酶（ICL和MS）基因表达受光黑暗、糖饥饿及水胁迫诱导。本研究以水稻-稻瘟病系统为对象，克隆水稻OsICl和OsMS基因，研究水稻中上述两个基因表达的组织特异性、水稻在受到稻瘟菌侵染及不同非生物逆境下它们的诱导表达特性；测定不同处理后ICL和MS酶活性变化；创建上述两个基因的超表达或抑制表达的转基因水稻，并通过测定上述两个基因超表达或抑制表达的转基因水稻的抗感病变化，解析它们在水稻应答稻瘟菌侵染中的作用机理。研究结果将有助于揭示乙醛酸循环在植物病害系统中的生物学意义，并可能为创制转基因抗病水稻提供新型材料。

在植物体内，乙醛酸循环（Glyoxylic acid cycle，GAC）作为三羧酸循环的旁路，为糖异生作用提供原料，从而在维持植物体内的糖平衡、植物生长发育过程中起重要作用，但乙醛酸循环在植物抗病或感病过程中的作用尚未见报道。在此基础上，我们展开对编码水稻乙醛酸循环过程中的关键特征酶基因异柠檬酸裂解酶基因OsICL和苹果酸合成酶基因OsMS在水稻抗病或感病中作用的研究。. 通过生物数据库中Unique gene序列比对分析，在水稻基因组中存在各一个拷贝的异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶基因。从水稻的cDNA文库分离获得OsICL或OsMS基因的全长cDNA。Q-PCR 研究结果表明，在正常水稻各生长发育阶段，OsICL基因在萌发的萌发种子中表达量最高，随后为叶、茎和根中；而OsMS在叶中表达量最高，随后为萌发的种子、根、茎。当正常水稻幼苗接种稻瘟病菌亲和性小种Ms220和非亲和小种P131后，随着时间的延迟，OsICL和OsMS 基因mRNA的表达水平逐渐累加，表明了OsICL和OsMS的表达受稻瘟病菌侵染的诱导。为进一步分析其功能，构建这两个基因的超表达和干涉载体，并利用农杆菌介导的方法转化水稻愈伤，获得OsICL和OsMS基因超表达和干涉的植株。Q-PCR验证转基因事件，结果表明：在所有超表达植株中，目标基因的表达量均高于其在野生型中的表达量；而在所有RNAi干涉植株中，目标基因的表达量均低于其在野生型中的表达量。对转基因T1代生长发育分析表明，OsMS基因的超表达种子的萌发提早，并且根系较野生型发达；而RNAi的植株种子萌发较野生型晚，而且根系较少。转基因植株酶活性分析表明，在OsICL，OsMS干涉植株中，ICL酶的活性与野生型相比，明显降低。进一步，将获得的OsICL和OsMS 基因的干涉和超表达植株，接种稻瘟病菌亲和性小种Ms220和非亲和小种P131的结果表明：上述两个基因在水稻抵御稻瘟病菌侵染过程中起重要作用。研究还发现，OsMS的过量表达植株中可溶性糖含量增加。综上表明，乙醛酸循环过程中的关键特征酶基因，异柠檬酸裂解酶基因OsICL，和苹果酸合成酶基因OsMS在水稻生长发育和抗病中起重要作用。