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水稻是中国重要的粮食作物,水稻纹枯病是由立枯丝核菌(Rhizoctonia solani Kühn)引起的一种真菌性病害。由于水稻密植以及高施氮肥的影响,水稻纹枯病的发生有逐年加重的趋势,现已成为水稻生产上重要的真菌性病害之一。但由于抗性资源缺乏、病原致病性及植物抗病性研究滞后,限制了水稻纹枯病的抗性育种。因此,解析水稻与纹枯病菌的互作机制并挖掘纹枯病抗性基因对纹枯病抗性改良具有重要的指导意义。
在前期的研究中,李宁(2014)发现OsWD40可以激活纹枯病抗病相关基因Os2H16的表达来正向调控水稻对纹枯病和白叶枯病的抗性。通过酵母双杂交系统,筛选到两个OsWD40的互作蛋白OsMYB44和OsbHLH150,这三类蛋白通常以MYB-bHLH-WD40转录复合体的形式调控下游相关基因的表达。为了解析OsMYB44和OsbHLH150在MBW复合体介导纹枯病抗性中的功能,本研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术获得了纯合的Osmyb44和Osbhlh150水稻敲除突变体,对突变体分别接种纹枯病菌YWK196和白叶枯病菌PXO99发现,与野生型相比,突变体对这两种病原菌的抗性显著提高。通过荧光定量PCR检测相关基因的表达发现,接种病原菌后,Osmyb44和Osbhlh150突变体中抗病相关基因Os2H16和PR基因的表达均高于野生型,这些结果说明OsMYB44和OsbHLH150负向调控水稻对纹枯病和白叶枯病的抗性。而前期研究表明,OsWD40能够被纹枯病菌和白叶枯病菌诱导表达,且过量表达OsWD40能够增强水稻对纹枯病和白叶枯病的抗性。根据上述结果,推测在正常情况下,MBW复合体对抗病相关基因Os2H16的表达起转录抑制作用;当病原菌侵染时,MBW复合体受到干扰,导致复合体的解离,解除对Os2H16基因的封闭作用使其表达水平提高,从而增强了水稻对病原菌的抗性。
综上所述,本研究通过对Osmyb44和Osbhlh150突变体的研究,初步揭示了MBW复合体介导水稻抗病性的新机制,为水稻抗病遗传改良提供了新的理论依据。
在前期的研究中,李宁(2014)发现OsWD40可以激活纹枯病抗病相关基因Os2H16的表达来正向调控水稻对纹枯病和白叶枯病的抗性。通过酵母双杂交系统,筛选到两个OsWD40的互作蛋白OsMYB44和OsbHLH150,这三类蛋白通常以MYB-bHLH-WD40转录复合体的形式调控下游相关基因的表达。为了解析OsMYB44和OsbHLH150在MBW复合体介导纹枯病抗性中的功能,本研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术获得了纯合的Osmyb44和Osbhlh150水稻敲除突变体,对突变体分别接种纹枯病菌YWK196和白叶枯病菌PXO99发现,与野生型相比,突变体对这两种病原菌的抗性显著提高。通过荧光定量PCR检测相关基因的表达发现,接种病原菌后,Osmyb44和Osbhlh150突变体中抗病相关基因Os2H16和PR基因的表达均高于野生型,这些结果说明OsMYB44和OsbHLH150负向调控水稻对纹枯病和白叶枯病的抗性。而前期研究表明,OsWD40能够被纹枯病菌和白叶枯病菌诱导表达,且过量表达OsWD40能够增强水稻对纹枯病和白叶枯病的抗性。根据上述结果,推测在正常情况下,MBW复合体对抗病相关基因Os2H16的表达起转录抑制作用;当病原菌侵染时,MBW复合体受到干扰,导致复合体的解离,解除对Os2H16基因的封闭作用使其表达水平提高,从而增强了水稻对病原菌的抗性。
综上所述,本研究通过对Osmyb44和Osbhlh150突变体的研究,初步揭示了MBW复合体介导水稻抗病性的新机制,为水稻抗病遗传改良提供了新的理论依据。