抗稻瘟病基因Pid2进化与专化抗性分子机制研究

The local varieties of Asian cultivated rice, which distributed in the areas of altitude 76m-2700m in Yunnan, were the product of ecological adaptation in the communication process from low altitude to high altitude areas. Pid2 is a new class of resistant gene encoding B-kinase (B-Lectin-PK). On the analysis basis of Pid2 gene re-sequencing data of 35 Asian cultivated rice and 6 wild rice accessions including 1 accession of O. rufipogon and 5 accessions of O. nivara from the world rice areas, the coding region of Pid2 gene of 400 local rice varieties from the different ecological zones of Yunnan will be amplified and sequenced in this study, to reveal sequence variation type and geographic distribution characteristics. The specific haplotype will be amplified by PCR and cloned into the expression vector pCAMBIA1301, and transformed into japonica sequencing cutivar Nipponbare by agrobacterium-mediated technology, and the transgenic offspring inoculated with physiological races of rice blast fungus to analyze the resistant spectrum of different Pid2 haplotypes. This research will further reveal the molecular mechanism of special resistance and the relationship between environment and genetic variation of Pid2 gene.

云南海拔76m-2700m区域均有亚洲栽培稻地方品种分布，这是水稻从低海拔向高海拔地区传播过程中生态适应的产物。抗稻瘟病基因Pid2是目前水稻中发现的唯一编码 B-Lectin激酶的基因，属新类型抗病基因。本项目在对来自世界各稻区35份亚洲栽培稻地方品种及6份O. rufipogon 和 O.nivara的Pid2基因重测序资料进行分析的基础上，拟对来源云南不同生态区的400份地方稻种Pid2基因编码区进行扩增并测序，分析云南稻种Pid2基因序列变异类型和地理分布特点；利用PCR方法扩增特异单倍型基因并克隆到表达载体pCAMBIA1301中，通过农杆菌介导技术转化到粳稻测序品种日本晴，用ZB15等多个特异性稻瘟病菌生理小种对转基因后代进行接种鉴定，分析不同Pid2单倍型基因的抗病功能。通过研究，将进一步揭示Pid2专化抗性分子机制，探讨生态环境与基因变异的关系。

水稻中的Pid2是单拷贝基因，编码一长度为825个氨基酸的跨膜受体蛋白激酶(RLK)。前人的研究认为其抗感是一个氨基酸造成的，抗病蛋白第441氨基酸为异亮氨酸，感病为甲硫氨酸。本研究对来自云南72个县区的355份地方稻种Pid2基因抗性位点DNA分析表明68.45%的品种携带抗性位点,籼稻(89.33%)高于粳稻（58.12%），水稻(78.08%)高于陆稻（50.74%）,粘糯稻间差异不明显。获得344份材料（包含来源世界其他稻区的44份）的Pid2基因的全序列，根据54个差异位点归为31种单倍型，云南出现其中24种； DNA进化树分析表明云南部分品种具有与中国普通野生稻相似的较原始的Pid2基因类型，与栽培稻关系较远。通过同源克隆法克隆到7个单倍型基因，6个成功导入日本晴，创制了一套日本晴遗传背景下的不同单倍型转基因系，消除了遗传背景的干扰，为研究不同单倍型基因功能奠定了遗传材料；接种鉴定表明各转基因系抗病性较受体对照均得到提高，但不同单倍型转基因系抗性和抗谱存在差异，发现两个单倍型具有广谱高抗特性，与蛋白第363位氨基酸相关，该氨基酸位于PAN—AP—Plant结构域内。本研究成果为进一步揭示Pid2基因功能提供了科学线索。