水稻中介体复合物MED亚基调控植物细胞凋亡和防卫反应的分子机理研究

Rice lesion mimic mutants (LMMs) usually confer enhanced resistance to virulent bacterial and fungal pathogens, and show increased expression of defense-related genes. Thus, it is of great significance to study the mechanism of disease resistance and programmed cell death in rice using LMMs. In our previous work, one stable lesion mimic mutant spl35 was obtained with reddish-brown lesions at the late tillering stage and decrease crop yield. Using a map-based cloning approach, we determined that SPL35 encodes a Mediator Complex subunit protein, which is involved in transcriptional regulation. Interestingly, the mutation of SPL35 significantly enhanced rice resistance to bacterial blight, quite opposite to its Arabidopsis homolog gene. In this proposal, we will further investigate the physiological characteristic of spl35, and clarify the role of SPL35 in the negative regulation of rice disease resistance. We will also elucidate the molecular mechanism of SPL35 and its target protein in hypersensitive response cell death and defense response of rice. Success of this project will provide theoretical foundation for rice pathogen disease control and accelerate the development of disease resistance new rice cultivars.

水稻类病斑突变体经常对水稻一些重要病原物表现出了一定的抗性，并能激发病程相关基因的表达。因此，利用该类突变体研究水稻抗病性和细胞程序性死亡的机理具有非常重要的理论意义。在前期工作中，我们筛选到一个新的稳定遗传的水稻类病斑突变体spl35，该突变体叶片在水稻分蘖后期出现红褐色类病斑，进而影响了植株的产量。利用图位克隆方法表明SPL35编码了一个中介体复合物MED亚基蛋白，接种实验发现spl35对白叶枯病菌的抗性显著提高，暗示了SPL35在调控水稻病原菌抗性方面与拟南芥同源基因的作用模式相反。在此基础上，本项目拟利用组织化学染色和光合指标测定等方法，分析突变体spl35的生理特性；利用酵母双杂交、RNA-seq以及CRISPR等关键技术，明确SPL35基因负调控水稻抗病的作用，阐明SPL35及其靶标调控水稻过敏反应形成机理和植物防卫反应的分子机制，为拓宽抗病种质资源研究提供重要的理论依据。

水稻类病斑突变体经常对水稻一些重要病原物表现出了一定的抗性，并能激发病程相关基因的表达。因此，利用该类突变体研究水稻抗病性和细胞程序性死亡的机理具有非常重要的理论意义。本项目鉴定了一种水稻类病斑突变体spl38，我们筛选到一个新的稳定遗传的水稻类病斑突变体spl38，该突变体叶片在水稻分蘖后期出现红褐色类病斑，进而影响了植株的产量。利用图位克隆方法表明SPL38编码了一个中介体复合物MED亚基蛋白OsMED16。接种实验发现spl38突变体对水稻细菌和真菌病原体的抗性都显著增强，而OsMED16的过度表达却增加了水稻对稻瘟病菌的敏感性，说明OsMED16负调控水稻的防卫反应。进一步对OsMED16的抗病机制进行揭示，发现OsMED16通过其C末端与免疫正调节因子几丁质酶OsPR3相结合，并且竞争性地抑制OsPR3与几丁质的结合。此外，spl38/ospr3双突变体并没有表现出spl38突变体的类病斑和抗病表型，说明OsMED16依赖几丁质酶OsPR3从而发挥其抗病作用。并且有趣的是，与拟南芥AtMED16正调控免疫反应相比，OsMED16在植物防御方面表现出相反的功能，这很可能是因为单子叶植物和双子叶植物MED16蛋白之间271和773位的两个氨基酸的差异所导致的。总之，我们的研究表明中介体亚基蛋白OsMED16通过几丁质酶OsPR3介导水稻的细胞死亡和防卫反应，为拓宽抗病种质资源研究提供重要的理论依据。