水稻白叶枯病广谱抗病基因xa34(t)的克隆与功能验证

Rice bacterial blight resistance gene xa34(t), which exhibited high resistance to nine different pathogenic types of Chinese strains, is a high quality resource for disease resistant. The recessive genetic background of the gene limits its application in the breeding program. Functional characterization of the gene would greatly facilitate the effective use on breeding. In the previous study, we had completed the fine mapping at the xa34(t) locus. Our project will further construct a high-resolution physical map of the target gene. We will also perform the following analysis on candidate genes, including the prediction of TAL effectors binding sites on target locus, validating the sequence variation between susceptible and resistant allele, and comparing the expression pattern, finally confirm the functional gene of xa34(t) via transgenic rice. These researches will also build a solid foundation for dissecting the molecular mechanism of broad-spectrum resistance to rice bacterial diseases.

水稻抗白叶枯病隐性R基因xa34(t)对中国水稻白叶枯病病菌已报道的9个致病型均表现出高抗，是个不可多得的广谱抗病资源。其隐性的遗传规律制约了该基因在抗病育种上的应用。完成该基因的功能性克隆，对实现该基因的显性化改造，推进其在抗病育种上的有效利用具有重要意义。本研究在xa34(t)基因精细定位的研究基础上，拟对目标基因区域的候选基因开展以下研究：构建目标基因的高分辨率电子物理图，缩小目标区域范围。对目标区域基因进行TAL效应子结合位点分析，候选基因的序列和结构分析，候选基因的表达分析，进一步精炼候选基因数目。按照隐性基因的功能研究策略进行相应的功能互补验证，最终确认xa34(t)的功能基因，为探明水稻细菌性病害的广谱抗性作用机制的研究奠定坚实的基础。

由稻黄单孢菌引起的水稻白叶枯病是全世界水稻产区最有破坏性的细菌性病害。新型的隐性R基因xa34(t)对稻黄单孢菌表现出广谱抗性。本研究以xa34(t)载体品种BG1222为抗性供体，JG30为感病品种，构建了F2遗传分离群体，将xa34(t)基因精细定位于水稻第1号染色体介于分子标记RM10926和InDelnv7之间的56.47kb区域。该区域范围内没有发现与已克隆的R基因有类似结构的基因，暗示着xa34(t)基因是个新型的抗病基因。通过RNAseq技术对BG1222和JG30在接种白叶枯病菌后不同时间点的样品进行转录组比较分析，结合精细定位的结果，筛选到四个有差异表达的候选基因：其中，两个是在参考基因组未发现的新基因（novel00007和novel00008），两个有注释的基因分别是抗病相关蛋白基因（MH01g0313100）和细胞色素P450家族基因（MH01g0308600）。通过长片段PCR扩增和测序，分析这四个候选基因的序列并预测结构。根据隐性基因功能验证的策略，从感病品种JG30中分别克隆这四个候选基因，以BG1222为受体，分别构建转基因水稻，获得了部分转基因株系，有待进行后续的抗病功能验证。以上研究结果，为实现xa34(t)的功能基因克隆奠定了坚实的基础。