水稻LM3基因调控细胞死亡的分子机理

细胞程序性死亡（PCD）是植物生长发育过程中重要的生理现象，但植物PCD的调控机理目前仍未完全清楚。本研究利用一个未遭遇病原菌侵染而自发产生细胞死亡的水稻类病斑突变体lm3研究其产生PCD的机理。本课题组在之前的工作中已将导致突变表型的LM3基因定位于第3染色体一个大约262kb的区间，目前国内外在该区间未有类似基因的报道。本研究将对LM3基因进行精细定位，筛选候选基因并进行功能互补验证，克隆LM3基因，分析其序列结构及其与已知序列的同源性，研究其在水稻各部位不同时期的表达情况，分析LM3基因的功能，以阐明其调控PCD的分子机理，为最终阐明植物PCD机理奠定理论基础。此外，LM3基因引起的细胞死亡表型与水稻遭遇致病菌侵染时产生的过敏性防御反应类似，本研究还利用LM3基因研究水稻的过敏反应机理，并分析LM3参与水稻主要病害抗性调控的过程，以期为阐明水稻防御反应机制及抗病机理奠定基础。

本项目利用一个叶片自发产生类病斑的水稻lm3突变体对导致类病斑的LM3基因进行研究。通过研究发现lm3突变体的株高和抽穗期与原种93-11有显著性差异；此外lm3的白叶枯病抗性与93-11差异不显著，但是lm3的稻瘟病抗性比93-11显著降低。通过精细定位将LM3基因定位于标记In12571和In12600之间的一个29kb的区域内，该候选区域预测有5个ORF。将该29kb的候选区域分段PCR并测序，发现在LOC_Os03g21900的编码区有一个SNP，导致所编码的氨基酸序列发生改变，候选区域内的其余4个ORF未发现有DNA序列的改变，因此将LOC_Os03g21900锁定为候选基因。通过PCR将野生型93-11的LOC_Os03g21900的编码区扩增后连接到35S启动子的过表达载体上，农杆菌介导转化lm3突变体，发现lm3突变体能回复到正常的叶片表型，证明LOC_Os03g21900基因为导致lm3突变体出现类病斑的基因。LOC_Os03g21900基因由6个外显子和5个内含子组成，DNA编码序列长度为1173bp，编码一个390氨基酸的尿卟啉原脱羧酶，lm3突变体和93-11之间只在第4个外显子上有一个SNP的差异，导致93-11的第140个氨基酸脯氨酸（P）被lm3突变体的丝氨酸（S）所取代。本研究初步阐明了LM3基因导致水稻叶片出现自发性细胞死亡的类病斑现象的分子机理。. 通过对该突变体的研究，本项目发表SCI论文3篇，另外有1篇论文已经被SCI杂志接受（均标注本项目资助号），申请国家发明专利2项，培养硕士研究生一名。