水稻感病基因Xa13调控铜转运致病的分子机理解析

白叶枯病是水稻的重要病害之一。我们前期研究工作发现水稻Xa13是一个在水稻-白叶枯病菌互作中的感病基因，它编码的蛋白质与两个铜转运类蛋白COPT1和COPT5互作，将水稻导管中的铜转运进细胞以降低铜对病菌的毒害，使白叶枯病菌在导管中繁殖并蔓延，造成水稻感病；但是XA13蛋白在此过程中的具体生化功能尚不清楚。本项目拟在显微和超微结构水平、蛋白质互作水平上开展研究工作。通过动态监测白叶枯病菌入侵水稻后COPT1和COPT5的分布，分析XA13蛋白是否帮助这两种蛋白适时适量转运至细胞膜上发挥铜转运功能；通过点突变XA13蛋白，分析XA13蛋白是否在维系铜转运所必需的XA13-COPT1-COPT5复合体的空间结构中发挥功能。本研究结果能够回答水稻-白叶枯病菌互作中的深层次科学问题，有助于丰富对寄主-病菌互作过程复杂机理的认识，具有科学意义；而且也为合理高效利用相关基因进行水稻遗传改良提供理论依据

白叶枯病是危害水稻生产的重要细菌性病害之一，在世界水稻产区危害非常严重，在我国水稻生产区以海南、广西、广东、福建等沿海省份危害尤为严重。我们以前的研究工作发现水稻的显性Xa13基因是一个感病基因，而它的隐性xa13基因是一个抗病基因。我们发现水稻体内的两个铜转运蛋白COPT1和COPT5可以特异性和XA13蛋白互作，将水稻导管中的铜转运进细胞内以降低铜对白叶枯病菌的毒害。但是这个过程中XA13蛋白的生化功能急需要我们明晰。经过我们3年时间的研究，发现超量表达COPT1和COPT5后可以显著提高转基因水稻地上和地下部分铜离子的含量，我们通过原位固定转基因水稻体内的铜离子，结合高分辨率透射电子显微镜技术，发现超量表达COPT1和COPT5基因可以使铜离子累积在水稻细胞内的，进一步发现主要累积在细胞内的膜状结构上，推测可能是COPT1和COPT5基因将水稻体内的铜离子转运至细胞内以与细胞膜状结合形式，以防止过多的铜离子对水稻细胞的毒害。同时，我们鉴定到XA13蛋白的第一个MtN3结构域上至少有15个氨基酸位点发生突变后，就不能与COPT1或COPT5互作，表明这些位点的氨基酸是XA13-COPT1-COPT5互作的关键位点，为明晰XA13蛋白生化功能奠定基础。