茉莉酸信号途径负调控因子JAZ在水稻对褐飞虱抗性反应中的功能研究

JAZ is a negative regulator of the JA signal pathway. It can be recognized by JA-conjugated COI1 protein and then lead to ubiquitination degradation, which initiates JA-regulated growth and development processes and various resistance reactions. Although the degradation process of JAZ has been relatively clear, and some interaction proteins have also been reported, but the mechanisms that why it is involved in a variety of resistance is still need more and in-depth study. In our previous study, the JAZ gene family was up-regulated and the JA hormones content was decreased when the rice was infected by brown planthopper(BPH). Our results indicated that JAZ gene family maybe play an important role in the resistance-reaction to BPH. In order to resolve this puzzle, three points need to be answered: 1) to identify insect-resistant phenotype of JAZ overexpression, interference and Cas9 knockout transgenic rice; 2) by yeast two-hybrid and single-hybrid to understand the regulation network of JAZ protein; 3) analyzed JAZ transcription level and protein level response to resistance-related hormones SA and JA to determine whether JAZ is a key regulator for antagonism-reaction between SA and JA hormones pathway in rice. It will help to understand the functions of JAZ protein in rice BPH resistance-reaction and reveal the mechanism of JA-mediated rice insect resistance , thus provided theoretical guidance and technical support for cultivating BPH-resistance rice varieties.

JAZ是植物茉莉酸（JA）信号途径的负调控因子，能被JA结合的COI1蛋白识别导致其泛素化降解，从而启动JA调控的生长发育过程和各种抗性反应。虽然JAZ的降解过程已相对清楚，互作蛋白也有报道，但是它参与各种抗性反应的机制缺乏深入的研究。申请者前期发现：水稻被褐飞虱取食后，JAZ上调表达，同时水稻JA含量下降；且抗性水稻RH中存在特异的褐飞虱诱导表达的JAZ基因，这是否表明JAZ在水稻的褐飞虱抗性反应中扮演重要角色？本项目拟围绕以下方面展开：1）鉴定JAZ超表达，干涉和Cas9敲除转基因水稻的抗虫表型；2）通过酵母双杂交和单杂交技术构建JAZ基因的上下游调控网络；3）JAZ转录水平和蛋白水平对抗性相关激素SA和JA的响应分析，判断JAZ是否为水稻SA和JA途径拮抗的关键基因。从而阐述JAZ在水稻抗褐飞虱反应中的作用，揭示JA介导水稻抗虫反应机制，为培育抗褐飞虱水稻品种提供理论指导和技术支持。

水稻是世界最重要的粮食作物之一，世界上一半以上的人以水稻为主食。虫害是影响水稻产量的重要因素之一，其中褐飞虱是一种只以水稻为生的单食性害虫，其在水稻韧皮部以刺吸方式吸取水稻筛管中的养分，造成水稻减产；同时还能够作为中间载体传播水稻病毒病，如草状丛矮病和齿叶矮缩病，对水稻的产量产生进一步的影响。.我们发现水稻被褐飞虱取食后，JAZ家族大量成员上调表达，同时水稻中JA含量下降，表明水稻受褐飞虱取食后可能JAZ介导的JA信号途径受到了抑制；我们对上调的Jaz基因进行了转基因功能验证证明JAZ在水稻的褐飞虱抗虫反应中扮演重要角色；进一步对JAZ的互作基因进行筛选，通过酵母双杂交和BIFC实验获得互作转录因子SBP，并对SBP进行转基因验证的结果表明两者的互作调控了水稻的广谱抗虫和抗病性。.因此本研究对JAZ基因在水稻抗褐飞虱反应中的功能是有实践基础的，初步阐述JAZ在水稻抗褐飞虱反应中的作用，揭示JA介导抗虫反应机制；解析JAZ互作网络，为培育抗褐飞虱水稻品种提供理论指导和技术支持。.同时这证明了反向遗传学仍然有其自身的特点值得我们去采用，首先是高通量得到的数据多，可以从整体上分析后筛选出目标基因，这样可以直接由基因入手，相比传统的图位克隆可能会更加节省时间；其次它相对来说不受材料的限制，即使在感虫的品种中我们也能通过筛选差异基因找到抗性相关的基因，因为这类基因与主效基因绝对的显隐性功能不同，它们主要是相对显性，是通过表达量的改变来赋予水稻褐飞虱抗性的一类基因，我们目前在部分差异基因的超表达转基因验证看到了抗虫的效果。