生长素在水稻-病原互作中的机理研究

Bacterial blight caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) and fungal blast caused by Magnaporthe oryzae are two of the most devastating diseases of rice worldwide.Our previous studies have revealed that the phytohormone auxin, which is an important regulator of plant growth,functions as a negative regulator in rice-pathogen interactions; both Xoo and M. oryzae can synthesize and secrete auxin. Although the emerging knowledge of auxin signaling in plant-pathgen interactions is helping use to understand the molecular mechansisms of plant defense responses, the role of auxin in defense signaling is still largely unknown. The biosynthesis pathways of auxin in rice is also largely unknown. In this project, we plan to study the role of auxin in rice-Xoo and rice-M. oryzae interactions via the following aspects: (1) we will delete the genes involved in auxin synthesis in Xoo and M. oryzae to determine whether synthesis of auxin is required for these pathogens to invade rice; (2) we will suppressing genes involved in auxin synthesis in rice to determine whether induction of synthesizing rice auxin by pathogen auxin in required for the pathogens to overcome rice. This project will help to elucidate the molecular mechanisms of rice disease resistance and it will also facilitate to formulate efficiet strategy for rice breeding programs.

由细菌引起的白叶枯病和由真菌引起的稻瘟病是水稻的两大重要病害。我们前期研究发现调控植物生长发育的激素－生长素在水稻－病原互作中作为负调控因子；白叶枯病菌和稻瘟病菌都可以分泌生长素。人们只是近年来才对生长素在植物－病原互作中发挥作用的分子机理有初步了解，但是其中仍然有很多科学问题无法回答，对水稻和水稻病原中生长素合成途径也不了解。在我们前期工作基础上，本项目拟以水稻－白叶枯病菌和水稻－稻瘟病菌两个互作体系为对象，通过鉴定白叶枯病菌、稻瘟病菌和水稻中生长素合成的重要基因，研究水稻病原分泌的生长素是否是它们侵害水稻的必需因子，以及病原侵害水稻是否必需通过它们自己的生长素诱导水稻合成生长素，深入研究病原和水稻不同来源的生长素在水稻－病原互作中的作用。本项目的研究结果将有助于阐明水稻抗病的分子机理，具有重要科学意义，也将有助于设计提高抗病水平又不影响其他农艺性状的改良水稻的途径。

3-吲哚乙酸（IAA）是普遍存在于植物中的一类生长素，在植物生长发育过程中起重要的调节作用。近年的研究揭示，引起水稻最重要的细菌性病害-白叶枯病的白叶枯病菌也能够合成并分泌IAA，但是对这种病原性IAA是否在水稻-白叶枯病菌互作中是否发挥作用尚不清楚。本研究通过生物信息学分析，确定白叶枯病菌中可能参与IAA合成的候选基因，针对这些基因，创建了多个突变菌株；同时也创建了抑制水稻IAA合成基因表达的转基因植株。分析这些突变菌株合成IAA水平，确定了部分候选基因确实参与合成IAA。通过分析突变菌株与转基因和野生型水稻的互作，发现部分IAA合成相关基因缺失菌株对水稻的致病力有不同程度下降，同时也丧失了对水稻IAA合成基因和IAA响应基因表达的诱导。抑制IAA合成基因表达的转基因植株对白叶枯病菌不敏感。另外，发现IAA缺失突变菌株相较对照对环境胁迫更加敏感。综合上述研究结果，我们推测白叶枯菌利用IAA提高自身在自然环境中的耐受力和稳定性，为早期侵染水稻提供良好的环境基础；病原性IAA能通过诱导宿主IAA的合成提高水稻对病原菌的敏感性，证实了IAA在水稻-白叶枯病菌互作中起到的毒力因子作用