水稻抗白叶枯病新基因Xa39的克隆及其作用机理解析

Bacterial blight (BB), caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), is one of the most devastating rice diseases worldwide. Breeding and deployment of resistant cultivars carrying major resistance (R) genes has been the most effective approach for BB management. In the previous study, we identified a novel dominant gene Xa39 from BC1F4 population derived from the cross between donor PSBRC66/PSBR28 and recipient Hang-Hua-Zhan, which exhibites broad-spectrum BB resistance. In addition, the Xa39 locus was refined to a 97.4-kb interval flanked by markers RM26985 and DM13 using a large F2 population, and transcriptome profiling of rice line carrying Xa39 and its parents after Xoo infection were investigated by RNA-Seq. In this study, we will clone Xa39 and investigate the molecular mechanism of resistance mediated by this gene. Our results will provide a valualbe resistance gene for rice breeding and provide novel insights into regulatory networks of rice disease resistance mediated by R proteins.

由Xanthomonas oryzae pv. oryzae（Xoo）引起的白叶枯病是水稻高产、稳产的重要限制之一。针对我国水稻抗病育种中缺乏易于利用的广谱白叶枯病抗性基因以及水稻抗白叶枯病分子机理尚不完全清楚这一问题，在前期研究中，申请者从以黄华占和PSBRC66/PSBRC28为亲本回交导入系中鉴定出来一个抗白叶枯病新基因Xa39，该基因对测试的中国和菲律宾Xoo的代表菌株均表现典型的过敏性坏死反应，是改良水稻、特别是杂交稻白叶枯病抗性的优良抗源。利用F2分离群体，通过表型鉴定和基因型分析，我们已将该基因定位在水稻11染色体97.4kb的区间内，并采用RNA-Seq技术分析了该基因介导的抗病表达谱。在上述基础上，本项目拟采用图位克隆技术克隆水稻抗白叶枯病新基因Xa39, 并揭示其抗病分子机理。本研究的结果，将为培育持久广谱抗病的水稻品种提供新的基因和理论指导。

由黄单胞杆菌水稻致病变种Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo)）引起的水稻白叶枯病是重要的水稻病害。发掘新的优异抗病基因是培育水稻持久抗病品种的基础。本研究前期研究中,采用中国和菲律宾21个白叶枯病菌代表菌株人工接种，从以黄华占为轮回亲本、PSBRC66为供体的回交导入系群体中筛选到全生育期对多菌株均表现高度免疫反应的株系FF329。对FF329进行抗性遗传分析表明该导入系对白叶枯病的抗性反应由单个显性基因控制，命名为Xa39。利用F2分离群体将该基因定位在水稻11染色体上97kb的区间。由于Xa39所在区域的籼稻参考基因组存在较大gap，为克隆目的基因，我们构建了抗病株系FF329的BAC文库，利用与Xa39紧密连锁的分子标记筛选文库，建立了3个阳性克隆的重叠群；采用单分子测序技术对阳性克隆测序，依据克隆重叠群各阳性克隆的位置，确定了精细定位区间的基因组序列。通过互补和利用CRISPR/Cas9敲除技术对候选基因进行功能分析，在Xa39精细定位区间内鉴定出4个调控水稻白叶枯病抗性的基因Xa39(t)、OsARFC1、OsDuf6和OsNBARC1。 Xa39(t)可以与白叶枯病菌的TAL家族基因识别，全生育期对Xoo表现广谱抗性。另外，3个基因仅表现成株抗性。比较蛋白组学分析发现，水杨酸信号传导途径和sakuranetin在Xa39介导的对白叶枯病的抗病反应中起着重要作用。上述结果为进一步深入研究水稻广谱抗性的分子调控网络提供了信息。