玉米生长素转运基因ZmABCB15在粗缩病抗性反应中的分子调控机理研究

Auxin, a key regulator of plant growth and development, has been well studied recently. Maize rough dwarf disease is one of the most severe limited factors of maize growth and decrease maize yield significantly. Under virus infection, analysis of auxin transport is a breakthrough to understand the mechanism that how auxin is involved in rough dwarf disease resistance in maize. In our previous work, an auxin transporter encoded by ZmABCB15 has been identified. The expression of ZmABCB15 is involved in the rough dwarf disease responses, and the virus proliferation rate is inhibited by over-expression of ZmABCB15 after virus infection. By the difference analysis of protein expression spectrums between transgenic lines and control, we hope to screen the key downstream regulated genes for further studies. On the basis, we aim to reveal how ZmABCB15-mediated auxin transport takes part in rough dwarf disease resistance in maize. The innovation of this project is: it’s the first time linked auxin transport to rough dwarf disease resistance in maize, and the process of our study may provide molecular basis for breeding new varieties of rough dwarf disease resistance in maize.

生长素作为重要的植物信号分子，参与玉米生长发育各个方面。粗缩病是玉米生长发育乃至高产的一大限制因素，通过研究生长素运输与粗缩病的关系，有助于深入认识激素和抗病性的联系，为玉米粗缩病抗性遗传改良提供理论依据。本小组前期发现，玉米生长素运输载体基因ZmABCB15参与玉米对粗缩病病毒侵染的响应，过量表达ZmABCB15玉米植株中的病毒增殖速率得到了极大的抑制。项目计划在前期研究基础上深入研究粗缩病病毒侵染对生长素运输及生长素信号的影响。通过分析转基因材料与对照的差异蛋白表达谱，筛选有价值的下游调控基因。通过本项目的实施，明确ZmABCB15基因的生物学功能，揭示生长素运输参与玉米粗缩病抗性的产生分子机制，项目研究结果对深入探讨ZmABCB15参与玉米粗缩病抗性的调控机制具有重大的理论与实践意义。

生长素作为重要的植物信号分子，参与玉米生长发育各个方面。粗缩病是玉米生长发育乃至高产的一大限制因素，通过研究生长素运输与粗缩病的关系，有助于深入认识激素和抗病性的联系，为玉米粗缩病抗性遗传改良提供理论依据。本研究小组发现了一个玉米生长素运输载体编码基因ZmABCB15，其在玉米根、茎、叶中均有表达，并且表达量受粗缩病病毒RBSDV侵染的抑制；蛋白定位表明，ABCB15蛋白定位在细胞膜，作为生长素运输载体蛋白在细胞膜行使其功能。对粗缩病病毒(RBSDV)抗性研究表明，粗缩病侵染后，相比对照材料，转基因株系ZmABCB15-OVER材料发病时间晚，粗缩病症状轻，病情指数低；玉米体内病毒颗粒含量和病毒颗粒增殖速率低；过氧化物酶（POD）活性和多酚氧化酶（PPO）活性上升幅度和超氧物歧化酶（SOD）活性降低幅度大。对ZmABCB15基因介导的生长素运输调控玉米粗缩病抗性分子机制研究表明，相比对照材料，ZmABCB15-OVER转基因株系体内生长素含量低；粗缩病侵染和生长素运输抑制剂处理下，叶和根分生组织ZmABCB15基因表达下降，生长素含量上升，ZmABCB15-OVER转基因株系ZmABCB15基因表达量下降幅度和生长素IAA含量上升幅度均比对照低。另外，通过粗缩病侵染下玉米蛋白组差异分析鉴定出15个差异积累蛋白DAPs涉及6条代谢途径，并鉴定出1种生长素反应因子被RBSDV感染显著降低。通过本项目的实施，深入研究了粗缩病病毒侵染对生长素运输基因ZmABCB15及生长素含量及生长素信号的影响，分析了该基因的生物学功能，探索了粗缩病侵染下生长素运输基因ZmABCB15参与玉米粗缩病抗性产生的分子机制。研究结果对深入探讨ZmABCB15参与玉米粗缩病抗性的调控机制具有重大的理论，也为生产上利用生长素运输基因调控植物体内激素水平或外施激素进行玉米粗缩病抗性调控和生物防治提供理论依据。