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水稻纹枯病是水稻重要病害之一。水稻纹枯病抗性受多基因位点控制,为数量性状遗传,迄今尚未发现高抗或免疫的抗病水稻种质。研究水稻纹枯病抗性分子机制对培育抗病水稻品种和防治纹枯病具有重要意义。本实验室对水稻纹枯病抗性相关基因OsSBR1的前期研究结果表明,OsSBR1的RNAi抑制表达水稻株系对纹枯病表现抗病、过表达水稻株系表现感病。为了深入研究OsSBR1的生物学功能及相关抗病调控机理,本研究围绕OsSBR1转基因纯合株系的筛选及纹枯病抗性鉴定,OsSBR1编码蛋白的亚细胞定位,OsSBR1-RNAi株系和基因编辑纯合突变株系的转录组分析,以及OsSBR1-RN Ai株系中激素含量变化和差异代谢物进行研究。研究结果如下:(1)对OsSBR1过表达水稻株系和基因编辑纯合突变株系进行离体叶片接种鉴定,根据病斑面积大小,OsSBR1过表达株系表现纹枯病感病,基因编辑株系表现抗病,验证了Os SBR1负调控纹枯病抗性的研究结果。将OsSBR1-GFP融合蛋白表达载体和与RFP融合的内质网蛋白表达载体共转化水稻原生质体,GFP和RFP荧光信号完全重叠,从而将OsSBR1蛋白定位于水稻细胞内质网。(2)在接种纹枯菌的OsSBR1-RNAi抗病株系和感病品种TJ394的水稻组织中检测到纹枯菌转录物。通过比较转录组分析,从抗感水稻接种纹枯菌24 hpi和48 hpi的水稻组织,分别鉴定出165个和536个纹枯菌差异表达基因(differentially expressed gene,DEGs)。从OsSBR1敲除株系(抗病基因型)和感病品种徐稻3号纹枯菌侵染24 hpi的水稻组织中鉴定出266个纹枯菌差异基因。根据纹枯菌基因功能注释信息,其中多个差异基因与纹枯菌致病功能相关。抗感水稻使纹枯菌基因呈差异表达,间接验证了OsSBR1负调控纹枯病抗性的结果。(3)在纹枯菌接种24 hpi对OsSBR1突变株系及感病品种徐稻3号进行比较转录组分析。抗感基因型在空白接种和纹枯菌接种下分别有851个和2341个差异基因,其中WRKY、MYB等83个转录因子基因在纹枯菌接种后呈差异表达。GO和KEGG富集分析显示,抗感基因型的DEGs在光合作用、氧化还原过程、信号转导途径、代谢途径、次级代谢生物合成等多个通路有显著富集。茉莉酸信号途径相关基因、乙烯生物合成途径相关基因以及乙烯转录因子发生差异表达,表明Os SBR1可能调控茉莉酸信号转导途径和乙烯信号转导途径。(4)在纹枯菌接种24 h时间点对OsSBR1-RNAi抗病株系及感病品种TJ394进行比较转录组分析,结合前期研究关于以上抗感水稻材料48 hpi时间点的转录组数据,对抗感水稻在不同接种时间点的转录组变化进行综合分析。差异基因GO分类富集分析结果显示,在接种和不接种条件下DEGs在氧化还原过程、光合作用及离子结合等多个条目上均有显著富集,表明OsSBR1-RNAi株系存在抗病相关基因“预存性表达”。与感病品种泰粳394相比,OsSBR1-RNAi株系在纹枯菌侵染后茉莉酸生物合成相关基因呈显著下调,乙烯转录因子及乙烯生物合成相关基因呈差异表达,表明OsSBR1可能调控茉莉酸信号转导途径和乙烯信号转导途径。(5)取OsSBR1-RNAi抗病株系和感病对照品种泰粳394接种纹枯菌12 h、24 h、48 h后的水稻组织,检测茉莉酸(JA)及其衍生物JA-ILe、水杨酸(SA)含量。抗感基因型空白接种样品的激素含量无显著差异。与空白接种比较,抗感基因型纹枯菌接种样品的JA和JA-ILe含量均被诱导,呈相似变化趋势。OsSBR1-RNAi株系的12 hpi样品的JA和JA-ILe激素含量稍高于泰粳394的含量;在24 hpi和48 hpi,泰粳394的JA和JA-ILe激素含量显著高于OsSBR1-RNAi株系。SA含量的检测结果与JA基本相反,两者相互拮抗。纹枯菌接种48 h后,OsSBR1-RNAi抗病株系和感病对照品种的代谢组分析显示,SA在OsSBR1-RNAi抗病株系中显著上调,暗示OsSBR1-RNAi株系的纹枯病抗性可能是通过JA对SA含量的拮抗作用来实现的。本研究为解析水稻纹枯病抗性分子机理、水稻与纹枯菌分子互作机制建立了研究基础,创制的水稻基因编辑抗纹枯病株系为水稻育种提供了优良种质资源。