水稻特特普持久抗稻瘟病机制的研究

水稻特特普持久抗稻瘟病机制的研究

水稻稻瘟病是最严重的水稻病害之一,稻瘟病是一种由真菌Magnaporthe oryzae引起的水稻病害,严重影响水稻产量,每年可导致水稻减产约30%。为了减少农业损失,研究水稻与稻瘟病菌之间的相互作用已成为急需解决的问题。

因此越来越多的科学家开始研究水稻与稻瘟病之间相互作用的机制,稻瘟病已经成为研究植物与真菌之间相互作用的一种模式菌种。至今,培育广谱、持久稻瘟病抗性的水稻品种是防治稻瘟病菌最有效的方法之一。

特特普是一种具有持久稻瘟病抗性的高抗水稻品种。首先我们完成了特特普的全基因组测序,预测出37054个基因,包含455个核苷酸结合位点和富亮氨酸重复蛋白的基因(NBS-LRR类型基因,简称NLR基因)。

我们在特特普品种中利用高通量克隆方法成功克隆了 219个NLR基因,分别转基因至两个感病品种TP309和Shin2中,并用12个不同的稻瘟病菌株进行鉴定。研究表明,其中90个克隆的NLR基因能够对抗至少1种稻瘟病菌株,并且每一个稻瘟病菌株都能够被很多个NLR基因识别,然而有很少的NLR基因能够对抗6种以及以上的稻瘟病菌株,表明特特普NLR基因表现出比较高的抗性冗余现象,同

时特特普广谱、持久抗性可能需要多个NLR基因共同作用。

为了验证NLR基因是否存在互作,本研究从最简单的两个基因,即成对NLR

基因入手,提出了一种快速鉴定成对NLR抗性基因的方法,其中每个基因都作为

独立的个体行使不同功能,只有当两个NLR基因同时存在时才能引起植株的免疫反应。我们分别在特特普和日本晴、明恢63、R498其他三种基因组中发现大于20%的NLR基因都是成对基因,在特特普基因组成功鉴定出43对成对NLR基因,

在日本晴基因组成功鉴定出47对成对NLR基因。

并且选取25对成对NLR基因进行基因敲除,成功得到7对成对NLR基因敲除突变体植株,得到与其功能相对应的表型。综上,本研究深入研究了高抗稻瘟病品种Tetep的持久、广谱抗性的潜在抗性机制,通过对该抗性基因组进行长序列组装、NLR基因注释、并对其中大部分NLR基因进行克隆和抗性鉴定工作,揭示了其具有高度的抗性冗余与复杂的抗性互作网络,同时进一步利用敲除实验验证了成对基因的频繁互作,在此基础上构建了能够快速鉴定NLR基因簇和基因对的分子标记数据库,从而推进新的高抗品种育种的进程。