水稻抗条纹叶枯病基因qSTV11的图位克隆及功能分析

Rice stripe, caused by rice stripe virus (RSV), is one of the most damaging diseases in temperate regions of East Asia. Cloning of rice stripe resistance gene is the basis to clarify the resistance mechanism and breed resistant cultivars. Indica variety Kasalath is highly resistant to stripe disease, and illustrates a good prospect of application in breeding. In the previous study, the genetical stability was validated using established chromosome segment substitution lines derived from Koshihikari and Kasalath. And backcross secondary F2 population was used to fine-map the resistance gene. The qSTV11 was finally localized to a 39.2Kb region that contains seven annotated genes. In this study, the function of candidate gene will be validated by functional complementary experiment. Besides, the biological function of qSTV11 will be analyzed by expression profiling, in vitro expression, subcellular localization co-immunoprecipitation and yeast two-hybrid experiment. The completion of this project will not only elucidate the molecular mechanism of the resistance to rice stripe disease, but also have very important value for biological control of rice stripe disease and safety of rice production.

水稻条纹叶枯病（rice stripe）是近年来危害长江中下游地区的粳稻生产的主要病害之一。抗条纹叶枯病基因的分离是阐明其抗性机制及水稻抗条纹叶枯病育种的基础。籼稻品种Kasalath 对条纹叶枯病表现高抗，具有较高的应用前景。之前的研究利用Koshihikari 和Kasalath 的CSSLs 验证了Kasalath 的主效抗性基因qSTV11 及其遗传稳定性，并利用回交次级F2 群体将其中的抗病基因qSTV11 精细定位于约39.2Kb 的区间内，包含7个候选基因。本项目拟通过功能互补实验验证候选基因的功能。并通过表达谱分析、体外表达、亚细胞定位、免疫共沉淀及酵母双杂等实验，研究该基因的生物学功能。本项目的完成不仅对阐明水稻抗条纹叶枯病的分子机理具有重要的理论意义，而且对条纹叶枯病的生物防治及水稻的安全生产也将具有十分重要的应用价值。

水稻（Oryza sativa L.）作为人类最主要的粮食作物，是中国的第一大粮食作物，也是全球近50%人口的主食。水稻条纹叶枯病(Rice stripe virus disease, RSVD) 是严重危害水稻生产的病毒病害之一，其传播介体为灰飞虱(Laodelphax striatellus Fallén (Homoptera: Delphacidae), small brown planthopper, SBPH )。该病害对籼粳品种的危害主要表现为，粳稻大部分感病，而籼稻大部分为抗病。然而，针对条纹叶枯病的抗性基因一直没有被克隆，针对该病害的抗性机制仍然未知。本研究克隆了一个抗条纹叶枯病基因STV11，并对其功能进行了初步的分析。STV11表现为对RSV的特异性抗性，其可以抑制RSV在寄主细胞内的复制。STV11编码一个磺基转移酶， STV11-R可以将水杨酸(salicylic acid, SA)磺化形成磺化水杨酸(sulphonated SA, SSA)，而STV11-S却不具有该酶的活性。同时还发现STV11-R介导的对RSV抗性依赖SA的抗病毒反应途径。通过序列分析发现，STV11-R和STV11-S两种单倍型分别存在于不同地理群体的野生稻中，这种独特的存在方式一直被分别保留到了籼稻和粳稻品种中，通过序列分析证实了STV11-R已经被应用于现代的粳稻育种中从而应对条纹叶枯病的挑战。同时，转基因实验证实STV11-R可以提高感病水稻品种和烟草对条纹叶枯病的抗性。这些研究结果揭示了植物防御RSV侵染的一种新的分子机制，为利用分子标记辅助选择和基因工程的方法培育抗RSV的作物新品种提供了有效的技术参考。