水稻显性抗病基因Xa7功能验证及其与AvrXa7的互作机理

Rice bacterial blight (BB), caused by Xanthomonas oryzae pv. Oryzae (Xoo), is a devastating disease in rice production worldwide. Xa7, a BB resistant gene originally identified in rice cv. DV85, confers high-level, broad-spectrum and most durable resistance to Xoo. Therefore, the Xa7 gene could have huge potentiality in rice breeding. Our previous studies have mapped the Xa7 gene within a 50 kb region on rice chromosome 6 and the putative candidate gene encoding Xa7 has been identified. In this project, we will confirm the identity of Xa7 gene by transgenic functional complementation studies; After confirming the identity of Xa7, we will study the mode of interaction between Xa7 and AvrXa7, which will help to understand the molecular mechanism of Xa7-mediated resistance against Xoo; In addition, we will analyze both the tempo-spatial expression patterns of Xa7 gene in response to Xoo infection and subcellular localization of Xa7 protein; Furthermore, we will identify genes downstream of Xa7-mediated resistant pathway using microarray. Together, the results generated by this proposed project will broaden the knowledge of molecular mechanism of disease resistance in plant, improve the molecular breeding of Xoo resistance in rice, and provid of a new line of sight on the interaction model between resistant gene and pathogen.

白叶枯病作为水稻"三大病害"之一，严重影响水稻的生长发育与生产。水稻抗白叶枯病基因Xa7具有高抗、广谱的抗病特性，比许多抗病基因的抗性更加持久，因此Xa7基因在植物抗病机理研究与水稻育种中都具有重要价值。本申请项目在已将Xa7基因定位于水稻第6染色体上50kb区间内、并确定Xa7候选基因的工作基础上，通过候选基因的转基因功能验证，克隆Xa7基因；分析Xa7基因的组织表达特征与亚细胞定位情况、Xa7基因的抗病应答及其信号途径、Xa7与无毒基因avrXa7的互作模式, 初步阐明Xa7基因的生物学功能及其与病原菌互作的抗病分子机制。本申请项目的完成将丰富植物抗病分子机制的理论知识，并有助于水稻抗病分子育种的实践，同时也为抗病基因与病原菌互作模式研究增添新的素材。

水稻Xa7基因对白叶枯病具有高抗、广谱而持久的抗性。在前期的研究中，我们将Xa7基因精细定位在120kb，并发现其中含有很多未知序列。在此基础上，本研究首先利用TAC载体构建了一个水稻IRBB7的转基因文库，并筛选获得了覆盖Xa7定位区间的跨叠克隆，进行了水稻的遗传转化；同时通过RNA-seq技术分析了Xa7定位区间的转录情况，发现了只有3个转录本，并直接构建了这个3个基因的载体，获得了3种转基因水稻，其中一个候选基因转基因水稻显著性提高了对白叶枯病的抗性，验证了该基因的功能。为研究Xa7抗病机理，利用基因芯片分析了Xa7抗病应答的转录组水平，发现OsTET3基因的表达在Xa7抗病应答中被显著性诱导，过表达OsTET3基因提高了水稻植株对白叶枯病的抗性；OsTET3基因主要在根部表达，在叶上有少量表达，在茎和小穗中几乎没有表达，亚细胞定位表明OsTET3定位在细胞膜上。此外，通过伽玛辐射对水稻镇恢084（含Xa7）进行人工诱变，获得了2万多株诱变株系，筛选获到了7个高度感病的突变株系，为研究Xa7抗病分子机制提供了非常好的材料。这些研究结果为了Xa7基因的抗病功能研究及其在水稻抗病育种中的利用奠定了坚实基础。