2021年2月18日，Plant Biotechnology Journal（影響因子8.15）在線發(fā)表了以四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所王愛軍博士為第一作者，碩士生舒新月為共同第一作者，鄭愛萍教授和李平教授為通訊作者題為“Identification of rice （Oryza sativaL.） genes involved in sheath blight resistance via a genome-wide association study”的研究論文。
水稻紋枯病（Sheath blight disease）是水稻生產(chǎn)中的三大主要病害之一，對(duì)水稻產(chǎn)量造成嚴(yán)重的損失。隨著我國(guó)水稻高分蘗、半矮稈、耐肥、高產(chǎn)品種的推廣以及機(jī)械化直播栽培技術(shù)的應(yīng)用，近年來水稻紋枯病的發(fā)生呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，目前已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)分布和危害最廣的病害之一。由于水稻抗性資源的稀少及缺乏系統(tǒng)鑒定和挖掘，紋枯病抗性分子育種研究方面處于停滯不前的狀態(tài)，挖掘水稻紋枯病抗性基因并解析其內(nèi)在的抗性分子機(jī)制對(duì)提高水稻品種紋枯病抗性，減輕病害損失具有重要的意義。
該研究通過多年多點(diǎn)對(duì)搜集整理的259個(gè)水稻品種（含高抗紋枯病的地方品種資源）進(jìn)行苗期、分蘗期、穗期紋枯病關(guān)鍵發(fā)生時(shí)期的全基因組關(guān)聯(lián)分析（Genome-wide association study, GWAS），結(jié)合不同時(shí)空侵染的抗感材料轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)及抗性QTL位點(diǎn)分析，鑒定獲得653個(gè)與水稻紋枯病抗性顯著關(guān)聯(lián)的基因。其中，抗性相關(guān)基因OsRSR1和OsRLCK5，通過超表達(dá)、RNAi干涉分析發(fā)現(xiàn)，超表達(dá)OsRSR1和OsRLCK5可顯著提高水稻對(duì)紋枯病的抗性，干涉OsRSR1和OsRLCK5可大幅度降低水稻對(duì)紋枯病的抗性。
OsRSR1含有NBS-LRR結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)相互作用實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其CC結(jié)構(gòu)域通過與水稻絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶OsSHM1互作而影響活性氧（Reactive oxygen species, ROS）水平。qRT-PCR結(jié)果顯示，超表達(dá)OsRSR1轉(zhuǎn)基因株系中多個(gè)ROS相關(guān)基因的mRNA水平顯著增加，同時(shí)酶活性檢測(cè)表明多個(gè)抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)（Glutathione-ascorbic acid antioxidant system）相關(guān)酶活性顯著增加，抗氧化酶構(gòu)成了能有效清除病原菌侵染產(chǎn)生自由基的循環(huán)系統(tǒng)。胞質(zhì)類受體激酶基因OsRLCK5可通過與水稻谷氧還蛋白GRX20互作而參與抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)，在維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，生物膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性及防御膜膜脂過氧化起重要作用，進(jìn)而提高水稻對(duì)高水平ROS的抵抗能力。
綜上，該研究結(jié)果表明，水稻紋枯病抗性基因OsRSR1和OsRLCK5可通過抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)ROS平衡以增強(qiáng)水稻對(duì)紋枯病的抗性，該發(fā)現(xiàn)可為水稻紋枯病抗性分子育種提供新思路。
該研究受到國(guó)家973前期專項(xiàng)（2014CB160304），國(guó)家自然基金項(xiàng)目（31400130，31971867），四川省科技廳重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2019YFN0010）的資助。前期關(guān)于水稻紋枯病菌病原機(jī)制及與水稻互作的研究結(jié)果已發(fā)表在Nature Communications等雜志上。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13569
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