乙醛酸循環在水稻稻瘟病應答中的作用機理

《乙醛酸循環在水稻稻瘟病應答中的作用機理》是依託中國農業大學，由趙文生擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：乙醛酸循環在水稻稻瘟病應答中的作用機理
• 依託單位：中國農業大學
• 項目負責人：趙文生
• 項目類別：面上項目

項目摘要

乙醛酸循環在油料作物種子萌發、萌發後生長以及植物衰老、果實成熟等很多生理過程中起作用。乙醛酸循環的兩個關鍵酶（ICL和MS）基因表達受光黑暗、糖飢餓及水脅迫誘導。本研究以水稻-稻瘟病系統為對象，克隆水稻OsICl和OsMS基因，研究水稻中上述兩個基因表達的組織特異性、水稻在受到稻瘟菌侵染及不同非生物逆境下它們的誘導表達特性；測定不同處理後ICL和MS酶活性變化；創建上述兩個基因的超表達或抑制表達的轉基因水稻，並通過測定上述兩個基因超表達或抑制表達的轉基因水稻的抗感病變化，解析它們在水稻應答稻瘟菌侵染中的作用機理。研究結果將有助於揭示乙醛酸循環在植物病害系統中的生物學意義，並可能為創製轉基因抗病水稻提供新型材料。

結題摘要

在植物體內，乙醛酸循環（Glyoxylic acid cycle，GAC）作為三羧酸循環的旁路，為糖異生作用提供原料，從而在維持植物體內的糖平衡、植物生長發育過程中起重要作用，但乙醛酸循環在植物抗病或感病過程中的作用尚未見報導。在此基礎上，我們展開對編碼水稻乙醛酸循環過程中的關鍵特徵酶基因異檸檬酸裂解酶基因OsICL和蘋果酸合成酶基因OsMS在水稻抗病或感病中作用的研究。 通過生物資料庫中Unique gene序列比對分析，在水稻基因組中存在各一個拷貝的異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶基因。從水稻的cDNA文庫分離獲得OsICL或OsMS基因的全長cDNA。Q-PCR 研究結果表明，在正常水稻各生長發育階段，OsICL基因在萌發的萌發種子中表達量最高，隨後為葉、莖和根中；而OsMS在葉中表達量最高，隨後為萌發的種子、根、莖。當正常水稻幼苗接種稻瘟病菌親和性小種Ms220和非親和小種P131後，隨著時間的延遲，OsICL和OsMS 基因mRNA的表達水平逐漸累加，表明了OsICL和OsMS的表達受稻瘟病菌侵染的誘導。為進一步分析其功能，構建這兩個基因的超表達和干涉載體，並利用農桿菌介導的方法轉化水稻愈傷，獲得OsICL和OsMS基因超表達和干涉的植株。Q-PCR驗證轉基因事件，結果表明：在所有超表達植株中，目標基因的表達量均高於其在野生型中的表達量；而在所有RNAi干涉植株中，目標基因的表達量均低於其在野生型中的表達量。對轉基因T1代生長發育分析表明，OsMS基因的超表達種子的萌發提早，並且根系較野生型發達；而RNAi的植株種子萌發較野生型晚，而且根系較少。轉基因植株酶活性分析表明，在OsICL，OsMS干涉植株中，ICL酶的活性與野生型相比，明顯降低。進一步，將獲得的OsICL和OsMS 基因的干涉和超表達植株，接種稻瘟病菌親和性小種Ms220和非親和小種P131的結果表明：上述兩個基因在水稻抵禦稻瘟病菌侵染過程中起重要作用。研究還發現，OsMS的過量表達植株中可溶性糖含量增加。綜上表明，乙醛酸循環過程中的關鍵特徵酶基因，異檸檬酸裂解酶基因OsICL，和蘋果酸合成酶基因OsMS在水稻生長發育和抗病中起重要作用。