水稻去甲基化酶基因ROS1在细条病抗性中的调控作用研究

Methylation is one of epigenetic modifications, which plays an important role in the normal growth and development of plants. The research on arabidopsis thaliana shows that DNA demethylation plays an important role on plant disease resistance. However, the defense mechanism of plant disease is very complicated, the exact regulation of DNA demethylation during the defensive process is not clear, it needs to be further studied. Bacterial leaf streak (BLS), caused by pathogen Xanthomonas campestris pv. Oryzicola, is one of the most destructive diseases in rice. Studies have shown that BLS resistance in rice is quantitatively inherited, controlled by multiple quantitative trait loci (QTLs) of small effect. In the present study, the regulatory mechanism of methylation level control by ROS1 gene and rice resistance to bacterial leaf streak would be discoverd. The completion of this study is expected to explore defense genes to bacterial leaf streak and pathways which regulation by ROS1 gene in rice, reveal the mechanism of active demethylation for resistance controlled by ROS1 gene. More importantly, this study provides a demonstration to the study of plant disease resistance.

甲基化是植物生长发育过程中的重要表观遗传修饰形式。对拟南芥的研究表明，由DNA去甲基化酶基因调控的甲基化水平在植物抗病防卫中具有重要作用，但有关调控机制还有待深入研究。细菌性条斑病（简称细条病）是水稻中一种重要的检疫性细菌病害，危害严重时可造成大幅减产。水稻的细条病抗性属于水平抗性，目前对其遗传基础的了解还主要局限在QTL水平上。本研究拟从DNA甲基化角度出发，研究去甲基化酶基因ROS1在水稻细条病抗性中的调控作用和机制。研究结果将有助于加深对水稻细条病抗性遗传基础的了解，为水稻细条病抗性育种提供依据。同时，还可为植物抗病性的表观遗传研究提供参考。因此，在理论上和实践上都具有重要意义。

摘 要.DNA甲基化是植物生长发育过程中的重要表观遗传修饰形式，调控基因组稳定性和功能可逆性。细菌性条斑病（简称细条病）是水稻的检疫性病害。水稻细条病抗性属于水平抗性，目前对其抗性机理还知之甚少。本研究从DNA甲基化角度出发，探索水稻去甲基化酶基因OsRos1在细条病抗性中的调控作用，以期加深对水稻细条病抗性遗传基础的了解，为深入研究OsRos1对细条病抗性的调控机制奠定基础。主要结果如下：.（1）利用qRT-PCR分析了OsRos1基因家族对细条病菌侵染的表达响应，结果发现，除了OsRos1d表达量极低，OsRos1a、OsRos1b和OsRos1c均表现出不同程度的响应，其中OsRos1a和OsRos1c在接种3h时表达量明显上升，暗示这两个基因可能与细条病抗性有关。.（2）以粳稻品种日本晴为材料，利用CRISPR/Cas9技术对OsRos1a和OsRos1c基因进行了敲除，获得相应转化阳性苗。Osros1a突变体营养生长正常，但表现不育，不能正常结实，因而突变位点未能遗传给后代。Osros1c突变体能正常结实，但株高变矮，分蘖数增多，说明该基因对株高和分蘖分别起正向和负向的调控作用。.（3）对Osros1c突变体进行细条病抗性鉴定，发现其抗性比野生型降低。该结果暗示，该基因对细条病抗性起正调控作用，其介导的去甲基化与细条病的抗性紧密相关。.（4）基因组甲基化水平的MSAP分析发现，在细条病菌侵染12h时，Osros1c突变体的基因组甲基化水平与野生型相近，但是发生了部分去甲基化和甲基化变化，推测OsRos1c基因的突变仅改变特异位点的甲基化状态。.（5）RNA-seq分析表明，ros1c接种和野生型接种3h, 共发现2416上调基因和3082个下调基因。差异功能分析表明：许多基因富集在与抗病相关的凋亡、程序性死亡和防卫反应等生物学过程中。