解析水稻OsPAD4基因调控茉莉酸合成抗白叶枯菌的分子机制

Rice bacterial blight caused by Xoo (Xanthomonas oryzae pv. oryzae) is one of the most seriously bacterial diseases. Our previous results showed that OsPAD4 encodes a cytoplasma membrane protein. But the molecular mechanism of OsPAD4 protein how to percept pathogen and regulate JA (jasmonic acid) biosynthesis is to be elucidated. In this project, we will employ protein-protein interaction methods to resolve those problems. OsPIP16, a negatively regulating JA biosynthesis protein, and OsPIP34, a receptor like protein kinase protein were isolated by screening yeast two hybrid bank with OsPAD4 protein fragment as pray. In this research, we aim to elucidate the functions of OsPAD4-OsPIP16 and OsPAD4-OsPIP34 complex in rice perception Xoo and Xoo induced rice JA biosynthesis, respectively. The research results of this project will be helpful for further elucidating the mechanism of rice- Xoo interaction and elaborating the complexity of plant-pathogen interactions, and also be fundamental for rice genetic improvement.

水稻白叶枯病是由白叶枯病菌引起的对水稻危害最大的细菌性病害之一。申请人前期的研究结果发现OsPAD4基因编码细胞质膜蛋白质，在茉莉酸信号路径调控水稻对白叶枯菌的抗性；但是OsPAD4蛋白如何感受病原菌信号和调控茉莉酸合成的分子机制目前尚不清楚。本项目拟在蛋白质互作水平上开展研究工作。以OsPAD4蛋白片段作诱饵从水稻的酵母cDNA表达文库中筛选与OsPAD4蛋白直接互作的蛋白，初步得到与OsPAD4蛋白互作的负调控茉莉酸合成的OsPIP16蛋白和受体激酶类蛋白OsPIP34，拟解析OsPAD4-OsPIP16和OsPAD4-OsPIP34复合体在水稻识别白叶枯菌和白叶枯菌诱导水稻茉莉酸合成过程中的功能。本研究结果有助于解析水稻—白叶枯菌互作过程中深层次的科学问题，对植物—病原互作复杂性的阐述具有重要的科学意义；也为合理高效利用相关基因进行水稻遗传改良提高抗病能力提供基因资源和重要理论依据。

申请人已发表的科学论文阐述了OsPAD4基因通过茉莉酸信号路径调控水稻对白叶枯菌的抗性；但是OsPAD4调控茉莉酸合成的分子机制并不清楚。申请人完成了项目预期的研究内容和目标。取得主要研究成果如下：.解析了与OsPAD4蛋白直接互作的OsPIP16蛋白的功能。OsPIP16是一个新型的转录因子，通过直接调控AOS2和OsPT1的表达而直接调控水稻抗病与发育间的互作。OsPIP16作为转录抑制子直接抑制茉莉酸合成酶基因AOS2的表达而负调控茉莉酸的合成参与水稻抗病反应；同时OsPIP16作为转录激活子，直接激活一个调控水稻发育的转录因子基因OsPT1的表达。ospip16突变体既增强了对白叶枯菌的抗性，也表现出发育上的缺陷。.解析了与OsPAD4蛋白直接互作的OsPIP34蛋白的功能。OsPIP34通过协同正调控水杨酸信号路径和茉莉酸信号路径正调控水稻对白叶枯病菌的抗性。OsPIP34的T-DNA插入水稻突变体ospip34对白叶枯病菌的敏感性增加。.水稻中广谱抗病基因最新研究进展的总结、归纳和展望，为科学工作者更好的利用抗病基因培育抗病水稻品种提供参考。一种易操作、高效率和重复性好的水稻白叶枯病菌人工接种方法和病情衡量标准的建立，为科研工作者提供了便利。.本项目的研究结果不仅阐述了OsPAD4参与调控的水稻茉莉酸合成的机制，也对植物在发育与抗病互作复杂性的阐述具有重要的科学意义；也为合理高效利用相关基因进行水稻遗传改良提高抗病能力提供重要理论依据。