一个含NB-ARC结构域的水稻抗稻瘟病新基因Pitb的克隆及分子机制研究

Rice blast is one of the most widely distributed and most severe rice disease worldwide. Practice has proved that the discovery of broad-spectrum resistant genes, and the development of broad-spectrum resistant varieties by pyramiding multiple resistant genes through the method of marker-assisted selection is the most effective strategies to control rice blast. Our research group identified a new containing NB-ARC domain dominant major locus rice blast resistance gene Pitb in previous study, So far no containing NB-ARC domain in the research of rice blast resistance gene has been reported. This project attempt to verify its biological function and complete clone via functional complementation experiments, then elucidate molecular mechanism of rice blast resistance via analysis of gene expression patterns, subcellular localization, pathway and protein interaction network. Finally, according to the characteristics of resistance/sensitive gene, develop efficient molecular markers for blast resistance breeding of rice. This study is not only benefit for elucidating the molecular basis of rice against blast infection, but also having important theoretical and practical significance in effectively carrying out the marker assisted selection breeding to resistant varieties in rice.

稻瘟病是分布最广、危害最严重的世界性稻作病害之一。实践证明，发掘广谱抗病基因，利用分子标记辅助选择聚合抗性基因，培育广谱抗性品种，是控制稻瘟病最环保有效的方法。课题组前期通过图位克隆的方法定位到了一个含NB-ARC结构域的显性主效水稻抗稻瘟病新基因Pitb，目前在水稻抗稻瘟病基因的研究中还未见含NB-ARC结构域基因的报道。本项目拟进一步通过功能互补实验，验证其生物功能，完成克隆，并通过剖析基因的表达模式、亚细胞定位、作用通路及蛋白质互作网络，阐明其抗稻瘟病的分子机制，最后根据该基因的抗感差异，开发高效的分子标记，为开展水稻抗稻瘟病育种提供技术储备。本项目的实施在揭示水稻抗稻瘟病的分子机制及有效地开展水稻抗稻瘟病分子标记辅助选择育种等方面具有重要的理论和实践意义。

稻瘟病是分布最广、危害最严重的世界性稻作病害，目前，发掘和利用广谱抗源，通过广谱抗性基因的聚合来培育广谱抗性品种，一直被认为是控制稻瘟病的最有效方法。本研究利用图位克隆的方法挖掘到一个含NB-ARC结构域的水稻抗稻瘟病新基因Pitb，功能分析表明，Pitb基因的表达与稻瘟病的抗性显著相关，蛋白的表达产物分布在细胞质中，蛋白能够与一个线粒体外模孔蛋白结合，而对应的感病基因表达蛋白却不能，因此推测Pitb的抗病机理很有可能是因为能够有效的与该线粒体外模孔蛋白结合，从而运输能量和物质，达到抗病的目的。进一步根据抗感基因差异开发了可应用于辅助选择育种的分子标记，并筛选到了抗性小于1级的水稻品系“井263”。该研究丰富了稻瘟病抗病基因的储备，为有效地开展水稻抗病分子标记辅助选择育种的重要前提和基础。