一个新型抗白叶枯病基因BTB/POZ-ARM的抗性分子机理研究

Xa7 exhibited durably resistance to rice bacterial blight(Xanthomonas oryzae PV. oryzae (Xoo)). Dissecting the action mechanism of Xa7, would have greatly facilitate understanding the molecular mechanism of the durably resistances to plant bacterial diseases. In the previous study, we had completed the functional validation of Xa7，of which belongs to a novel type of the BTB/POZ-ARM structural R gene. This structure implies that Xa7 would not only perform its disease resistance function via E3 ubiquitin immune defence system, but also have the potential to regulate the plant systemic acquired resistance(SAR). Our project will focus on studying the interactions among the BTB/POZ-ARM, proteins conserved with E3 ubiquitin ligase system, avirulence gene AvrXa7 and SAR related transcription factors. Xa7 has proved to be more effective at high temperature. Functional studies of BTB/POZ-ARM under high temperature conditions and verifying its intrinsic mechanism of enhanced effectiveness, would provide a new theory for durability of crop disease resistance.

Xa7对水稻细菌性病害白叶枯病具有持久抗性，研究其作用机制，对探明细菌性病害的持久抗性分子机制有着重要意义。本研究组已完成了Xa7基因的精细定位、候选基因结构分析以及转基因功能验证，初步证明了Xa7是一个新型的BTB/POZ-ARM结构抗性基因。该基因很可能通过E3泛素化免疫防御系统实现其抗病功能,同时也具备激发植物系统获得抗性（SAR）的潜在功能。本项目将围绕BTB/POZ-ARM基因与E3泛素连接酶系统相关蛋白、无毒基因AvrXa7以及SAR相关转录因子等的相互作用，开展系统研究，以阐明Xa7的抗病分子机制。Xa7的抗病能力具有高温增效特性，但具体作用机制尚未研究清楚。本项目拟通过研究在高温条件下BTB/POZ-ARM的活性及其生物学特性，探明Xa7在高温下抗病效能得到增强的内在机制，为作物持久抗病育种提供新的理论依据。

本项目重点围绕“水稻白叶枯病持久广谱抗性基因Xa7的抗性分子机理”这一关键科学问题，从两个不同层次展开研究：一是发掘Xa7抗病候选功能基因，并在籼稻遗传背景下验证其抗病功能；二是从分子生物学的角度解析Xa7功能基因的生物学特性，进而阐明Xa7的抗病分子机制。已取得的重要结果、关键数据及其科学意义如下：分别构建过表达和RNAi沉默突变转基因水稻，在籼稻遗传背景下证明了POZ基因并没有抗病功能。通过多种遗传背景的杂交组合，发现了Xa7呈不完全显性或隐性的遗传规律。以隐性基因的功能研究策略，筛选并鉴定出NAC基因是决定Xa7抗病功能的关键基因。通过表达分析，发现感病品种IR24中的NAC基因在接种白叶枯病菌6天后明显上调，表现出易感基因的表达特征。通过水稻原生质体亚细胞定位分析，将NAC蛋白定位于细胞核中，符合其转录因子的功能特征。NAC基因的分子生物学特征研究为进一步解析其抗病分子机制奠定基础。构建了IRBB7基因组BAC文库，筛选到了3个相互有交叠的BAC克隆，获得了Xa7覆盖区域的基因组完整序列，将为解析Xa7在不同遗传背景下显/隐性遗传规律变化的内在机制提供重要线索。Xa7对水稻细菌性病害白叶枯病具有持久抗性，研究其作用机制，对探明细菌性病害的持久抗性分子机制有着重要意义。