水稻白叶枯病抗性基因Xa21抗性增强的分子机制

Bacterial leaf blight (BLB), caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), is one of the most devastating rice diseases in the world. Utilization of resistance genes in breeding programs has been the most effective and economical strategy for controlling bacterial blight.Xa21, the first-cloned BLB resistant gene from Oryza longistaminata, has received much attention because of its broad spectrum of resistance to BLB。The previous studies showed that Xa21-mediated resistance response was developmentally controled and plants carring Xa21 showed adult period resistance.In our prior research, we found a Xa21 transgenic line DXT which overcome the developmental controll of Xa21-mediated resistance response showed whole growth period resistance to BB.In this project, we aim to explore the molecular mechanism of whole growth period resistance to BB in DXT. The research results has important guiding significance to rice bacterial blight resistance breeding.

由革兰氏阴性菌黄单孢菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，简称Xoo）引起的水稻白叶枯病是对水稻最具破坏性的病害之一。利用抗病基因培育抗病品种是控制白叶枯病最经济有效的方法。Xa21是水稻中克隆的第一个抗病基因，由于其对白叶枯病的广谱高抗性，自克隆后便受到很多关注。研究发现Xa21介导的抗病反应受水稻发育时期的影响，表现为成株期抗性。在前期的研究中，我们获得了一个Xa21转基因系DXT，接菌研究发现DXT对白叶枯病的抗性表现出全生育期的抗性，打破了Xa21抗性的发育调控性。本项目拟以DXT为材料，研究Xa21抗性改变的分子机理，研究成果对水稻的白叶枯病抗病育种具有重要的指导意义。

由革兰氏阴性菌黄单孢菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，简称Xoo）引起的水稻白叶枯病是对水稻最具破坏性的病害之一。利用抗病基因培育抗病品种是控制白叶枯病最经济有效的方法。Xa21是水稻中克隆的第一个抗病基因，对白叶枯病具有广谱高抗性。之前的研究发现Xa21介导的抗病反应受水稻发育时期的调控，表现为成株期抗性。在前期的研究中，我们获得了一个Xa21转基因系DXT。对DXT和另一个以D62B为背景，通过分子标记辅助选择选育的含Xa21基因的抗病系DXB进行接菌研究发现，DXT对白叶枯病的抗性表现出全生育期的抗性，打破了Xa21介导抗性反应的发育调控性。对Xa21在DXT和DXB的表达进行分析发现，尽管在转基因时用的Xa21自身的启动子，Xa21在DXT接菌前后组成型的异常高表达，不受病原菌侵染和伤害诱导。为了分析DXT全生育期抗性的分子机制，我们通过高通量测序技术绘制了DXT、DXB和D62B接种P6前后4天内（0m，2m, 10m, 1h, 4h,8h, 24h和96h）样品的转录组表达谱。对DXT和DXB的转录组数据进行比较分析发现在接菌后10m是抗病响应的一个关键时期，抗感材料的差异表达基因数目多且功能广泛，所涉及的信号途径包括纤维素和植物细胞表皮蜡质层合成，植物激素类物质的合成等，这些结果表明，Xa21在DXT中的过表达引起纤维素和植物细胞表皮蜡质层的加速合成，强化了植物细胞对病原菌的第一道屏障；然后再通过调控植物激素类物质的合成，对病原菌的入侵做出快速响应。通过液相质谱的方法对植物激素包括油菜素内酯（BR）、细胞分裂素（cytokinins）、生长素（auxin）、水杨酸（salicylic acid）的含量进行测定也证实，细胞分裂素、生长素和水杨酸在抗感材料接菌前后确实存在显著差异。从接菌前0m到接菌后4天，植物抗菌素类物质和多胺类物质的合成在DXT特异增加。这个结果表明在DXT中Xa21通过合成植物抗菌素类和多胺类物质进行后期响应并介导增强的抗性。