基于TALEs作用机制的中国水稻白叶枯病菌群体毒力变化研究

The bacterial pathogen Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) causes bacterial leaf blight (BLB),one of the most devastating disease in China. Because of the lack of systemic study on race differentiation and virulence variation,BLB is becoming threat to rice safety production in China.The transcription activator-like effector proteins (TALEs) are virulence determinants of Xoo. The high degree of sequence identity makes it difficult to detect the mutation occurred in TALE sequence which will cause the virulence change. Based on the recent advance revealing the pathogenesis mechanism, TALE binds specifically to the promoter region of SWEET gene,which is identified as susceptible gene of plant. This binding will induce the expression of SWEET gene. The SEET protein is a kind of membrane sucrose transporter, which effluxs sucrose from pholem parenchyma cells into the phloem apoplast.The sucrose in apoplast will provide nutrion for growth and reproduction of invading Xoo.This proposal is to establish an effective method to detect the virulence variation of Xoo strain based on the relationship of TALE determined virluence and induction of SWEET gene expression. Using the established method, we will study the distribution of virulent strains and genetic variations of Xoo isolates in the rice growing region in China. The dominant virulent strains will be evaluated for each rice growing regions in China. 2 to 3 virulence related noval TAL genes are to be cloned and the relative effector binding element (EBE) are to be identified. The genetic modification of rice will be carried out to propose BLB resistant rice using TALEN mediated genetic engineering technology.The fulfilment of this project will help to develop effective BLB controlling strategies in practice.

稻黄单胞菌（Xoo）引起的白叶枯病是水稻上重要致灾病害之一。由于缺乏对田间Xoo小种组成和毒力变异的系统研究，我国白叶枯病的发生呈加重趋势。Xoo中类似转录因子（TALE）结构特殊，目前尚无有效方法来检测因TALE基因突变而导致的菌株毒力变异。TALE进入水稻细胞核中操控水稻中感病基因（SWEET）表达，使植物表现感病性。基于此本项目拟建立通过检测感病SWEET基因表达差异来示踪病菌毒力变化的方法；监测和分析3年内我国稻区Xoo群体毒力情况，了解我国Xoo毒力群体结构和分布以及毒力遗传变异；明确各稻区的优势毒力菌群；挖掘控制毒力的新TAL基因，确定与TALE结合的SWEET基因的靶标因子EBE；利用TALEN(TALE 核酸酶)技术，对新的感病SWEET基因进行EBE修饰，阻断其与TALE的结合，使水稻从感病变为抗病。研究结果对于示踪Xoo毒力变异、水稻抗病育种和抗性品种布局有科学价值。

稻黄单胞菌（Xoo）引起的白叶枯病是水稻上重要致灾病害之一。Xoo中类似转录因子（TALE）通过三型分泌系统进入寄主植物细胞核中操控水稻中感病基因（SWEET）表达，使植物表现感病性。TALE因子中间重复区决定了作用的特异性，但其结构的复杂性造成了其检测的困难。如何检测TALE基因为介导田间菌株的毒力变化以及挖掘Xoo菌毒力因子作用的分子机制对于该病害的有效防控研究提供基础。.本项目从2015年起到2017年间对我们主要水稻栽培地区的水稻白叶枯病发生地分离和纯化了水稻白叶枯病菌菌株125株，建立了快速高效的水稻白叶枯病菌的分离方法，阐明了细菌的喷菌现象与细菌病害鉴定的关系。并获得了一株产生可溶性色素且对于Xoo所致病害有显著抑制作用的内生菌株。该菌株有望用于水稻白叶枯病的生物防治研究。对73个分离菌株的基于tale基因的遗传组成进行了分析，结果显示这些菌株具有17-24个tale基因的条带，形成约20个基因型。江苏，云南和广西菌株的遗传型较多。确定了江苏，云南，广西和东北等各地4-5个地方品种上的优势毒力菌株，为抗病品种布局或抗病育种提供参考。.项目研究建立了水稻osSWEET基因的分析方法，测定了云南和江苏菌株在IR24上诱导osSWEET基因的表达发现，这些菌株诱导主效的感病基因osSWEET11,13,14中的一个，或2-3个。但所有测试的江苏菌株都不能够诱导osSWEET11基因。除此之外，有个别菌株可以低量诱导osSWEET2b,2a,4,15.但这些基因可能不是作为感病基因在起作用。对JXOV的一个TALE作用靶标研究时发现，同一个TALE可以作用于多个靶标，但这些靶标未必是起感病因子的作用。通过对Xoo中的两个TALE，3个non-TAL蛋白以及两个非效应蛋白的毒力功能以及作用机制研究揭示了毒力蛋白通过抑制植物先天免疫发挥毒力功能，有助于我们更深入地了解水稻白叶枯病菌与寄主的互作机制。