一個(gè)NBS-LRR基因DEPG1和兩個(gè)胞質(zhì)類(lèi)受體激酶基因NRRB和XCRK在水稻與細(xì)菌性條斑病菌互作中的作用.pdf

1、在世界一些地區(qū)尤其是亞洲熱帶和亞熱帶地區(qū),細(xì)菌條斑病(Bacterial LeafStreak,BLS)是水稻生產(chǎn)的一個(gè)重要限制因素?？共∮N是防治BLS的首選方法。用蛋白質(zhì)組學(xué)的方法分析細(xì)菌條斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.Oryzicola,Xoc)侵染的水稻葉片蛋白組表達(dá)的差異,從中鑒定差異表達(dá)的蛋白基因,是一種研究水稻與細(xì)菌性條斑病菌Xoc互作分子機(jī)制的重要方法,有望從中鑒定出參與水稻和Xoc互作的重要蛋白,

2、包括參與水稻防御反應(yīng)的重要蛋白,進(jìn)而獲得相應(yīng)編碼基因。本論文是在獲得上述差異表達(dá)蛋白基因的基礎(chǔ)上,對(duì)其中1個(gè)NBS-LRR類(lèi)基因DEPG1和2個(gè)類(lèi)受體激酶基因NRRB和XCRK進(jìn)行功能分析和驗(yàn)證,以期了解它們?cè)谒九cXoc互作中的作用,同時(shí)期望從中獲得可用于水稻改良的BLS抗性相關(guān)基因。此外,水稻與Xoc互作研究可為其它單子葉植物與非維管束病害病原細(xì)菌互作研究提供參考,因而也具有重要的理論意義。
　　 DEPG1編碼一個(gè)推定的具

3、有核苷酸結(jié)合位點(diǎn)(nucleotide binding site)結(jié)構(gòu)域和富亮氨酸重復(fù)結(jié)構(gòu)域(leueine-rieh repeat)的蛋白,與稻瘟病抗性基因Pi37編碼蛋白具有大約64％序列相似性。PSORT分析DEPG1蛋白定位于細(xì)胞質(zhì),觀察DEPG1與GFP融合蛋白在洋蔥表皮細(xì)胞中的瞬時(shí)表達(dá)證實(shí)了DEPG1蛋白的細(xì)胞質(zhì)定位。在Xoc侵染誘發(fā)的水稻防御反應(yīng)中,DEPG1基因的表達(dá)受抑制;防御信號(hào)化合物水楊酸(SA)、茉莉酸甲酯(Me

4、JA)和1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)也可抑制DEPG1基因的表達(dá),因此,推斷DEPG1參與多種不同的水稻防御反應(yīng)。DEPG1基因在葉片、葉鞘和莖稈中比在其它組織中的表達(dá)水平高,且在葉肉軟細(xì)胞組織中的表達(dá)水平也較高,而這些組織也是Xoc定殖的主要部位,這暗示DEPG1基因參與水稻與Xoc的互作。超量表達(dá)DEPG1基因提高了水稻對(duì)Xoc的感病性,而抑制DEPG1基因表達(dá)增強(qiáng)了水稻對(duì)Xoc的抗性,這些結(jié)果表明DEPG1基因負(fù)調(diào)水稻對(duì)Xo

5、c的抗性。在超量表達(dá)DEPG1的轉(zhuǎn)基因植株中,參與SA合成的基因ICS及病程相關(guān)基因PR1＃12的表達(dá)被抑制,推測(cè)SA的合成和PR1＃12等其它防御相關(guān)基因表達(dá)被下調(diào),可能是感病性增強(qiáng)的原因。在DEPG1抑制表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株中,一些參與SA合成的基因和PR基因的表達(dá)也被抑制,推測(cè)抗性增強(qiáng)可能是由其它防御信號(hào)途徑介導(dǎo)的。此外,赤霉素GA、脫落酸ABA、過(guò)氧化氫和鹽脅迫等處理也會(huì)導(dǎo)致DEPG1的表達(dá)變化;該基因上游的1 kbp啟動(dòng)子區(qū)包含一些

6、碳代謝相關(guān)元件、光響應(yīng)元件和組織特異表達(dá)元件,這些暗示DEPGI基因可能還參與非生物脅迫、生長(zhǎng)和發(fā)育等生物學(xué)過(guò)程。
　　 NRRB基因編碼一個(gè)胞質(zhì)類(lèi)受體激酶,包含一個(gè)胞內(nèi)蛋白激酶結(jié)構(gòu)域和U-box結(jié)構(gòu)域,是RLCK-Ixb亞家族基因成員之一。PSORT預(yù)測(cè)分析NRRB蛋白定位在細(xì)胞質(zhì),截短的NRRB蛋白定位在洋蔥表皮細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。NRRB基因在Xoc侵染激發(fā)的防御反應(yīng)中的表達(dá)方式因水稻遺傳背景的不同而有差異;防御信號(hào)化合物SA

7、和ACC抑制NRRB基因表達(dá),而MeJA可誘導(dǎo)其表達(dá)?？梢?jiàn)NRRB基因以不同方式參與不同的防御反應(yīng)。NRRB基因的組織偏好表達(dá)特性與Xoc組織侵染特性相吻合,暗示NRRB基因參與水稻和Xoc的互作。抑制NRRB基因表達(dá),增強(qiáng)了轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)Xoc的抗性,表明NRRB負(fù)調(diào)控水稻對(duì)Xoc的抗性,超量表達(dá)截短的NRRB基因,對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)Xoc的敏感性增強(qiáng),這也一定程度上支持NRRB負(fù)調(diào)控水稻對(duì)Xoc的抗性。在抑制表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株中,一些參與

8、SA合成的關(guān)鍵基因和病程相關(guān)(PR)基因的表達(dá)顯著上調(diào)。因此,抑制NRRB表達(dá)的轉(zhuǎn)基因植株抗性的增強(qiáng)可能通過(guò)SA介導(dǎo)的防御信號(hào)途徑調(diào)控的。此外,NRRB受脫落酸ABA和過(guò)氧化氫的誘導(dǎo),其編碼區(qū)上游1 kbp啟動(dòng)子區(qū)包含許多非生物脅迫響應(yīng)元件包括ABA、干旱和冷脅迫等響應(yīng)元件,表明NRRB可能參與非生物脅迫。一些碳代謝相關(guān)元件、光響應(yīng)元件和組織特異表達(dá)元件及其它一些元件的存在,暗示NRRB基因也可能參與水稻其它生物學(xué)過(guò)程。
　　

9、XCRK基因編碼一個(gè)推定的胞質(zhì)類(lèi)受體激酶,是LRK10L-2亞家族基因成員之一。觀察XCRK-GFP蛋白在洋蔥表皮細(xì)胞中的瞬時(shí)表達(dá),發(fā)現(xiàn)XCRK蛋白定位于細(xì)胞質(zhì)。在Xoc侵染誘導(dǎo)的水稻防御反應(yīng)中,XCRK表達(dá)被激活,而防御信號(hào)化合物SA、MeJA和ACC在不同處理時(shí)間點(diǎn)調(diào)控XCRK的不同表達(dá),表明XCRK基因可能受不同調(diào)控因子的調(diào)控。XCRK基因的組織表達(dá)特性與Xoc的組織侵染特性相吻合,暗示XCRK參與水稻和Xoc的互作。抑制XCRK

10、基因的表達(dá),對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)Xoc的敏感性增強(qiáng),表明XCRK是水稻對(duì)Xoc抗性的正調(diào)控因子。超量表達(dá)XCRK基因,對(duì)應(yīng)的T0代轉(zhuǎn)基因水稻對(duì)Xoc的抗性增強(qiáng),支持上述推斷。在感病性增強(qiáng)的XCRK抑制表達(dá)轉(zhuǎn)基因水稻中,一些參與SA合成的基因和少數(shù)SA響應(yīng)的PR基因表達(dá)下調(diào),因此,推測(cè)SA防御途徑的抑制可能是感病性增強(qiáng)的主要原因。此外,XCRK表達(dá)受鹽脅迫和赤霉素的誘導(dǎo),在其它非生物脅迫處理中,XCRK的表達(dá)隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而有變化,XCRK

11、基因上游的1 kbp啟動(dòng)子區(qū)包含許多GA響應(yīng)元件和其它非生物脅迫響應(yīng)元件,這些表明XCRK基因可能參與非生物脅迫,尤其可能參與鹽脅迫。GA也參與植物病害的防御反應(yīng),因此,XCRK也可能參與GA信號(hào)介導(dǎo)的防御反應(yīng)。
　　 綜上所述,DEPG1、NRRB和XCRK這3個(gè)差異表達(dá)蛋白基因在水稻和細(xì)菌性條斑病菌.Xoc的互作中發(fā)揮重要作用,它們參與調(diào)控水稻對(duì)細(xì)菌性條斑病抗性,并響應(yīng)多種防御信號(hào)。這為進(jìn)一步理解Xoc侵染時(shí)復(fù)雜的水稻防御信