水稻泛素结合酶基因家族的生物信息学与表达分析

泛素/蛋白酶体系统在植物的生长发育、形态建成和抗病反应等过程中起着重要的作用。近年的研究表明,某些病原菌能够模拟寄主植物泛素/蛋白酶体系统组分,从而达到利用该系统为病原菌服务的目的。泛素结合酶是泛素化反应过程中的第二个酶,对植物泛素/蛋白酶体系统的正常运行不可或缺。已有的研究表明,水稻基因组数据库中存在48个预测的泛素结合酶基因。为了初步揭示这些泛素结合酶基因在植物抗病防御反应中的功能,研究其与植物抗病性的关系。本研究通过生物信息学、RNA-seq和qRT-PCR的方法,分析了水稻泛素结合酶基因家族的特征及其表达模式。系统进化树分析表明,48个水稻泛素结合酶基因可分为3个大组,总共7个亚组。蛋白结构域分析表明,水稻泛素结合酶基因主要由一个泛素结合酶催化结构域组成。电子表达谱分析表明,大多数水稻泛素结合酶基因能被稻瘟病菌诱导表达。启动子区顺式作用元件分析表明,4个抗病相关顺式作用元件和1个过敏性反应相关顺式作用元件在48个水稻泛素结合酶基因的启动子区有很高的分布。稻瘟病菌接种亲和性和非亲和性水稻单基因系的RNA-seq结果表明,处理36h读取到的水稻泛素结合酶基因为44个,其中高表达基因数量超过读取到的泛素结合酶基因总数的50%。qRT-PCR分析结果表明稻瘟病菌的侵染在亲和和非亲和组合中都能诱导部分水稻泛素结合酶基因的表达。在非亲和组合中水稻泛素结合酶基因的表达倾向于受到抑制。     

稻瘟病菌MoRho2基因功能初步分析

稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)是研究病原真菌生长发育及致病机理的重要模式生物。Rho家族蛋白是一类具有GTP酶活性的GTP结合蛋白,在多种细胞信号转导通路中起着分子开关的作用。通过生物信息学方法分析Mo Rho2的理化性质、蛋白结构域等信息,并推测其潜在功能。为进一步明确Mo Rho2蛋白的功能,利用基因敲除技术获得Mo Rho2基因的敲除突变体。表型分析结果表明,与野生型菌株相比,Mo Rho2敲除突变体的菌丝生长速度、分生孢子形态、附着胞形态、产孢量、对植物的毒力等方面均无明显的差异,但分生孢子萌发和附着胞形成略滞后于野生型菌株。突变体能够产生正常的侵入栓并侵入洋葱表皮。综上所述,Mo Rho2基因可能参与稻瘟病菌分生孢子的萌发和附着胞的形成,结果为进一步揭示基因Mo Rho2的生物学功能奠定基础。     

OsLOX10正调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性

【目的】由稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）引起的稻瘟病和由水稻黄单胞菌（Xanthomonas oryzae pv. oryzae，Xoo）引起的白叶枯病严重影响水稻的产量和品质。创制转OsLOX10基因水稻材料，进行稻瘟菌和白叶枯菌的抗病性分析，有助于揭示其调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性机制。【方法】采用CRISPR/Cas9系统构建OsLOX10的敲除载体，利用限制性内切酶XcmⅠ线性化pCXUN-HA，TA连接构建OsLOX10的过表达载体，遗传转化获得OsLOX10转基因水稻，筛选过表达株系和纯合敲除株系进行真菌和细菌的抗病性分析。在稻瘟菌（Guy11）侵染水稻后，对水杨酸（salicylic acid，SA）、茉莉酸（jasmonic acid，JA）途径的标志基因进行qRT-PCR分析;在几丁质（chitin）和flg22诱导下，观测水稻活性氧（reactive oxygen species，ROS）的暴发情况。【结果】 qRT-PCR分析表明，接种稻瘟菌和白叶枯菌24 h后，OsLOX10表达量上调;OsLOX10的纯合敲除和过表达水稻转基因株系接种稻瘟病菌Guy11孢子悬浮液，与野生型（日本晴）相比，OsLOX10敲除株系更易感病，过表达株系则无典型的病斑症状;接种 6、12、24和36 h时，3个病程相关蛋白基因OsPBZ1、OsPR1a、OsPR1b和SA通路基因OsPAL1，以及JA合成通路上的2个基因OsAOS2、OsLOX5的转录水平在敲除转基因株系中显著下调，而在过表达转基因株系中显著上调。对转OsLOX10基因水稻接种白叶枯菌（PXO99A），发现敲除OsLOX10的转基因水稻对白叶枯菌更易感病。qRT-PCR分析OsPR1b和OsPAL1以及JA合成通路上的3个基因OsAOS2、OsAOC和OsJAZ在OsLOX10过表达基因水稻中表达量明显上调，而在敲除OsLOX10的转基因水稻中却保持在较低水平，在接种7 d后表现出显著性差异。在几丁质和flg22诱导下，OsLOX10敲除株系的ROS水平显著性降低，而且在几丁质诱导下，ROS的起峰时间推迟。【结论】稻瘟病菌和白叶枯病菌能够诱导OsLOX10的表达，OsLOX10通过病原菌分子模式触发的免疫途径（PTI）参与抗病反应，其在水稻抵御稻瘟病和白叶枯病中起着正调控作用。同时，OsLOX10可能通过调节SA和JA介导的信号通路来正调控水稻对稻瘟病和白叶枯病的抗性。