疣粒野生稻OmBBR1基因抗白叶枯病的机理研究

Closely related species of crops often contain many agronomic valuable traits, such as disease resistance, stress tolerance, and high yield. Oriza.meyeriana is almost immune to rice bacterial blight. However, because of the sexual incompatibility, its bacterial blight resistance has not been extensively utilized. In previous studies, we introduced the bacterial blight resistance trait from O. meyeriana into O. sativa using asymmetric somatic hybridization with O. meyeriana as the donor species, and successfully identified several candidate genes. In transgenic analysis, one gene (OmBBR1) exhibited high bacterial blight resistance. This study focuses on the functional characterization of this disease resistacne gene. First, we will identify the homozygous transgenic lines, prepare more plants for resistance spectrum test, and analyze the structure, expression pattern and other characteristics of OmBBR1. Then the transcriptome and 2-D protein electrophoresis analysis will be applied to identify the defence pathways that OmBBR1 involved in. Finally, the yeast two-hybrid or other methods will be used to find the potential interactors of OmBBR1, and the BiFC or other assay will be carried out to verify the interactions. This research will help us further understand the role of O.meyeriana resistance genes in rice bacterial blight defense reaction, and provide clues for utilizing the gene resources in wild rice.

作物野生近缘种往往蕴含着抗病、抗逆、高产等性状。疣粒野生稻对水稻白叶枯病近乎免疫，但由于其染色体组型不同，无法与栽培稻进行有性杂交，其抗性基因尚未被有效鉴定利用。项目组在前期研究中，通过体细胞杂交和基因定位等工作，获得了多个疣粒野生稻抗白叶枯病候选基因。通过基因克隆及转基因验证，发现其中一基因（OmBBR1）对白叶枯病具有显著抗性。本项目拟在此基础上，对这一来源于疣粒野生稻的抗病基因进行深入的抗病机理研究。首先，对现有转基因材料进行纯合鉴定、扩繁及抗谱分析，同时对该基因的结构、表达等特性进行分析。然后利用基因芯片、荧光蛋白双向电泳等方法分析OmBBR1如何调控水稻抗病途径。最后，尝试采用酵母双杂交等方法分析其潜在的互作基因，并用双分子荧光互补等手段进行验证。通过此项目的实施，将使我们进一步了解疣粒野生稻抗病基因在水稻抗白叶枯病防御反应中的作用，同时为更多、更好地利用野生稻种质资源提供线索。

栽培稻培育过程中主要的筛选目标往往是高产。然而，水稻的产量却会受生物或非生物胁迫严重影响。白叶枯病由水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryza, Xoo)引起，是世界水稻重要病害之一，也是亚洲地区水稻种植国家中一种非常重要的病害。我国历史上曾几次大面积暴发流行白叶枯病。白叶枯病菌小种容易变异，生产上很多抗病材料在连续若干年种植后，其抗性往往会逐渐下降。因此，非常有必要大力的发展一些带有新抗性基因（位点）的抗病品种。当然对新基因，新位点的研究则是这一工作的重要前提。野生稻在自然选择过程中产生了一系列的抗病、抗逆等性状，有很多的研究报道已经指出它们对多种水稻病原物具有抗性。野生稻被用作水稻育种遗传资源，已经有很长一段时间。由于众多学者的不懈努力，多个来源于野生稻的白叶枯病抗性基因已被定位或克隆，包括来源于普通野生稻(Oriza. rufipogon Griff.)的Xa23，小粒野生稻(O. minuta)的Xa27，药用野生稻O. officinalis的Xa29和普通野生稻的Xa30等。来源于长雄蕊野生稻(O. longistaminata)的Xa21基因已经被广泛的应用于农业生产和基础科学研究。疣粒野生稻为GG组，和普通栽培稻的亲缘关系较远，其对白叶枯病的抗性非常高。然而，由于生殖隔离，很难采用有性杂交将其抗性病特性导入栽培稻，因此对其抗性相关基因的研究也非常少。本项对一来源于疣粒野生稻的抗病相关基因进行了抗病机理研究。首先，对创制的超表达转基因材料进行纯合鉴定、扩繁及抗谱分析，同时对该基因的结构、表达等特性进行分析。然后利用基因芯片、荧光蛋白双向电泳等方法分析了OmBBR1如何调控水稻抗病途径。筛选并采用BiFC验证了两个互作基因。通过此项目的实施，使我们进一步了解了疣粒野生稻抗病基因在水稻抗白叶枯病防御反应中的作用，同时为更多、更好地利用野生稻种质资源提供了线索。项目实施的过程中，我们对基因功能研究用的载体系统进行了改造，使其能够更高效的进行DNA克隆，加速了相关的基因功能研究工作。我们还对启动子分析载体的各种设置进行了优化和创新性改良，使得其更加适合分析抗病相关基因的启动子。通过此项目的实施，使我们进一步了解了疣粒野生稻抗病相关基因，同时获得了一批与之相关的遗传材料，为更好地利用野生稻资源提供了线索，也为后继研究奠定了坚实的基础。