水稻XA13互作蛋白OsP20L和OsHMGB1的功能解析

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由黄单胞杆菌水稻致病变种(Xanthomonasoryzae pv.oryzae)引起的白叶枯病是水稻生产上的重要的细菌性病害,实践经验表明,利用优异抗病基因、培育具有高效广谱抗性的优质品种是农业生产中防治白叶枯病最经济有效的措施。对白叶枯病抗性基因作用机理的深入研究可以有效合理利用抗病基因,这对防治水稻病害有重要的科学意义和应用价值。  水稻白叶枯病抗性基因xa13是一个完全隐性基因,对菲律宾系生理小种6(PXO99)具有专化抗性。其等位基因Xa13能被白叶枯病菌PXO99诱导表达,被认为是感病必需基因。然而其感病的作用机理尚未明晰,本实验室的前期工作中筛选到了XA13的互作蛋白OsP20L和OsHMGB1,结构和同源性分析暗示它们广泛参与植物免疫反应。  为验证互作蛋白OsP20L和OsHMGB1在Xa13介导的水稻对PXO99感病过程中的功能,本研究通过农杆菌介导的遗传转化法分别获得两个互作蛋白在感病材料中花11和抗病材料IRBB13中超量和抑制表达的转基因植株。接种实验发现,在感病材料中花11中抑制基因OsP20L或OsHMGB1的表达都显著增强了水稻对PXO99的抗性;而在抗病材料IRBB13中超量表达OsP20L或OsHMGB1皆能削弱xa13介导的抗性,使水稻表现为感病;并且通过转基因植株T1代的共分离分析和细菌生长量分析验证了这一现象。在中花背景下,尽管超量表达OsP20L或OsHMGB1的转基因植株受病菌PXO99侵染后在表型上与野生型无显著性差异,但转基因水稻叶片中的细菌生长量显著高于野生型水稻。上述结果表明互作蛋白OsP20L和OsHMGB1都作为负调控因子参与xa13介导的水稻对PXO99的抗性,即作为感病相关蛋白参与XA13引起的水稻对PXO99的亲和性。  为进一步探究互作蛋白OsP20L和OsHMGB1在Xa13感病中的作用机理,本研究通过转录组测序(RNA-seq)技术对OsP20L、OsHMGB1和Xa13分别抑制表达的转基因材料进行了表达谱分析,最终获得了三个转基因材料中共同上调表达的基因44个,共同下调表达的基因12个。这些差异表达的基因大多是蛋白激酶、受体激酶或转录因子等参与植物免疫反应的基因,暗示感病相关蛋白OsP20L和OsHMGB1通过调控免疫信号网络中的受体激酶或转录因子等参与Xa13引起的感病信号路径。  综上所述,本实验鉴定了互作蛋白OsP20L和OsHMGB1在水稻与白叶枯病菌互作过程中对植物免疫反应的负调控功能,并发现了Xa13介导的水稻对白叶枯病菌感病的新的作用机理,即通过感病相关蛋白调控植物的免疫反应。
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