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    The Plant Journal:儲成才實驗室在水稻抗病防

    時間:2011-12-5 9:15:24 點擊:

    轉載自:中國科學院遺傳與發育生物學研究所

    2011-3-25  

    The Plant Journal:儲成才實驗室在水稻抗病防御反應分子機制研究中取得重要進展

    稻米是全球近半數人口的主糧,但水稻產量常因大量病原微生物或昆蟲的嚴重威脅而減產,通過利用植物抗病基因(R基因)培育抗性品種一直被認為是最經濟有效的應對措施。迄今在水稻中已經成功克隆了20R基因,所有這些R基因都是通過品種間的抗性差異篩選鑒定的,但有關這些R基因介導的水稻抗病防御反應的分子機制仍然知之甚少。

    中國科學院遺傳與發育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室儲成才課題組和中國水稻研究所水稻生物學國家重點實驗室朱旭東課題組,通過對不同水稻突變體庫進行大規模篩選,獲得兩個不完全顯性、葉鞘特異性自主壞死的突變體nls1-1Dnls1-2D。這種自主性壞死斑主要以發育依賴方式出現在葉鞘上,類似于植物抗病防御反應過程中出現的超敏反應(hypersensitive response)。

    科學家們通過圖位克隆方法鑒定到相應的基因NLS1,該基因編碼典型的CC-NB-LRRR蛋白。轉基因互補和RNA干擾實驗進一步確認NLS1的功能獲得性突變導致了突變體特定組織細胞的自主性死亡。與突變體壞死斑形成的模式相一致,NLS1基因在葉鞘上表達最高,且這種表達同樣具有發育依賴性。另一方面,在沒有出現壞死斑的其他組織同樣檢測到NLS1相對低水平的表達,表明NLS1可能在特定組織激活特定的抗病防御信號途徑從而導致細胞死亡。

    nls1-1Dnls1-2D 的突變均是CC-NB-LRRR蛋白NLS1NB結構域上單個氨基酸的替換。隨著NLS1這一R蛋白的序列改變,nls1突變體內積累了高水平的水楊酸(SA, salicylic acid),組成性誘導了抗病基因的表達,同時提高了對水稻白葉枯病菌(Xoo)的抗性。與此同時,盡管nls1-1D突變體上壞死斑的表型與其體內NLS1轉錄本的大量積累有著一定的相關性,但是過表達野生型NLS1基因并不能誘導自主性壞死斑的形成和抗病相關基因PR1b的表達,且沒有改變對Xoo病原菌的抗性,表明突變體的表型并非簡單的由NLS1的過量表達所引起。因此,nls1-1Dnls1-2D 的突變所引起的單個氨基酸替換導致了NLS1蛋白自主性的激活。

    為了探討nls1-1D植株中SA的高水平積累是否是下游抗病防御途徑激活的必需步驟,研究人員通過在野生型和nls1-1D突變體中表達SA水解酶基因NahG,從而獲得相應的SA缺失的轉基因植株,有趣的是,對這些轉基因植株的分析表明,NLS1介導的抗病防御反應并未受到SA的含量和NPR1表達下調的影響。從而表明,NLS1可不依賴于SANPR1信號傳遞途經激活下游抗病防御反應,這一發現揭示了水稻R基因介導的抗病防御反應的新機制。揭示該研究進展的論文“Semidominant mutations in the CC-NB-LRR-type R gene, NLS1, lead to constitutive activation of defense responses in rice”,于2011223被《The Plant Journal》正式接收,中國科學院遺傳與發育生物學研究所唐九友博士和中國水稻研究所朱旭東研究員為共同第1作者。該論文于2011321在線發表。

    作者:中國科學院遺傳與發育生物學研究所 錄入:陳萍萍 來源:轉載
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