《玉米NB-LRR類抗病基因Rp1-D21介導的超敏感反應的分子機理》是依託山東大學，由王官鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：玉米NB-LRR類抗病基因Rp1-D21介導的超敏感反應的分子機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王官鋒
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
植物抗病性是保證作物高產、穩產的一個重要因素。超敏感反應(HR)被認為是植物抗病的一個重要標誌，然而對其抗病的分子機理仍不清楚。Rp-D21是由位於抗玉米鏽病基因Rp1-D位點的兩個高度同源的CC-NB-LRR類基因重組產生的突變體。在沒有任何病原菌誘導的情況下，含有Rp1-D21的植株能夠自發產生HR的表型，並且這種表型受遺傳背景和溫度等條件的影響。我們最近利用Rp1-D21作為工具，通過全基因組水平的關聯分析，找到了一些不同信號途徑上HR的調控因子。本研究將在此基礎上，從基因表達譜和代謝譜入手，進一步詳細闡明調控HR的基因表達網路和代謝途徑。結合這些信息，我們將篩選調控HR的候選基因。然後利用我們前期建立的本生菸草的瞬時表達系統和玉米中相關基因的突變體，對這些候選基因進行功能驗證，找到調控HR的功能基因。通過對這些基因突變體的抗病鑑定，篩選出多個抗病相關基因，為玉米的抗病生產奠定基礎。
結題摘要
玉米是我國主要糧食作物之一，在國計民生中占據重要地位。但由於病蟲害日趨嚴重，再加上抗病品種相對缺乏，導致玉米產量和品質嚴重下滑。因此，挖掘新的抗病相關基因並揭示其分子機理，對作物遺傳改良具有重要意義。在長期的進化中，植物形成了一套有效的免疫系統來應對逆境環境，其中 NB-LRR 類抗病蛋白發揮重要作用。玉米 Rp1-D21 是由兩個 NB-LRR 類抗病蛋白通過分子內重組產生的突變體，表現出類病斑表型，能夠誘導玉米產生自主免疫反應。在菸草葉片中瞬時表達 Rp1-D21 能夠誘導產生超敏防衛反應（HR），並且這種 HR 表型受多種基因的調控，因此，Rp1-D21 已成為一種研究參與調控玉米抗病防衛反應基因的有效工具。本研究利用 Rp1-D21 突變體為工具，通過 RNA-seq 技術和代謝組學分析方法，系統鑑定並發現了一批玉米抗病相關基因及其影響的代謝途徑，並詳細研究了其中 3個基因的功能和在抗病防衛反應方面的分子機理。本研究發現類黃酮合成途徑、木質素合成途徑以及蛋白酶在 Rp1-D21 介導的 HR 中發揮重要作用。首次發現類黃酮類合成途徑關鍵酶 FNSI 可以在作物抗病中，尤其是在玉米莖腐病中發揮作用；發現木質素合成途徑的關鍵酶 COMT 的同源蛋白可以通過與NLR 類抗病蛋白相互作用在玉米抗病防衛反應中發揮功能；發現類半胱氨酸蛋白酶 MC 可以通過與NLR類抗病蛋白互作從而改變其亞細胞定位發揮功能。我們進一步開發了針對三個基因的分子標記以期套用於玉米的分子標記輔助選擇。這些研究成果的取得，將為玉米的抗病遺傳改良提供基因資源和理論基礎，為農業增產提供保障。
