病程相关基因在水稻-白叶枯病菌互作反应中的功能研究

Pathogenesis-related (PR) genes are important componants in plant defense systems. They play crucial roles in the downstream of plant resistance responses. In rice genome, there are more than 900 PRs (about 2%). The goal of current project is identifing important PR genes in the interaction between rice and Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) through genetic approach such as over- or RNAi of the expression of PR genes. Biochemical analysis of the activity of the PR proteins, subcelluar localization and binding protein identification will also be carried out. Based on rice whole-genome microarray and large-scale western blot (WB) analysis, a number of PR genes whose transcription or translation levels were changed in the interaction between rice and Xoo were identified in our laboratory. Full-length cDNA clones, purified proteins and transgenic rice plants were available for most of the candidate PR genes, which provide fundamental basis for the project. The current study will contribute to the understanding of the rice disease resistance mechanism and will also provide resources for molecular breeding.

病程相关（Pathogenesis-related, PR）基因是植物防卫体系的重要组成部分, 它们往往在抗病反应的最下游发挥作用。水稻基因组中有900多个（约占2%）基因可归入PR家族。本研究拟通过超表达或RNAi等遗传手段，鉴定在水稻-白叶枯病菌互作体系中的重要PR基因，并通过PR蛋白质的活性分析、亚细胞定位、结合蛋白质鉴定等生化策略对重要PR进行系统研究。前期工作中，项目组利用全基因组基因芯片和大规模免疫印迹技术，筛选出多个水稻-白叶枯病菌互作反应中的差异转录或差异表达PR基因，项目组已积累了候选基因的全长cDNA克隆、表达纯化的蛋白质及部分转基因材料，为项目开展奠定了良好的基础。本研究将增进对水稻抗病机理的了解，也将为基于分子设计的抗病育种提供资源

植物病程相关（pathogenesis-related, PR）基因在病原菌侵染、衰老、伤害、非生物逆境胁迫、激素处理甚至正常生长发育过程中也发挥着作用，它们往往在抗病反应的最下游发挥作用。水稻基因组中有900多个（约占水稻注释基因的2%）基因可归入PR家族。第一，本项目首先系统整理了水稻16个PR家族，集合PR基因的类别、数目、名称、注释信息、代表性基因的功能，归纳了PR基因在抗病、抗逆和发育过程中的转录或表达特征及转PR基因后的表现，并以Loc号和序列为核心，将文献中有不同名称的同一基因进行了对应。另外还展望了水稻PR基因研究的意义和今后的重点研究方向。第二，筛选出了3个水稻-白叶枯病菌互作反应中的差异表达PR基因（PR1a、PR1b、PR10a）进行研究。3个基因相关工作如下：（1）克隆了PR1a、PR1b和PR10a基因；（2）完成了PR1a、PR1b、PR10a基因超表达和RNAi载体的构建；（3）利用PCR技术和Western blot技术，获得了PR1a、PR1b、PR10a T2代超表达和RNAi转基因纯合系；（4）接菌表型初步证明了PR1a、PR1b、PR10a 可能参与了水稻Xa21介导的抗性反应；（5）初步鉴定了PR1a、PR1b、PR10a蛋白的不同生长发育阶段和不同组织表达特异性；（6）初步鉴定了非生物胁迫下PR1a、PR1b、PR10a蛋白的表达情况，尤其PR1a和PPR10a响应盐的胁迫蛋白质表达上调。第三，在载体构建和转基因的同时，本项目对其它PR基因家族也进行了系统而深入的全面剖析。如水稻PR6家族半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因的转录与表达特征分析，尤其OC-I和OC-II的功能研究等，从而了解PR基因家族在不同生长发育时期、生物胁迫和非生物胁迫条件下蛋白质表达的变化，也有助于我们整体上把握和认识PR基因在植物与环境的协同作用下的生存表达状况。