水稻抗白叶枯病新基因的初步定位

【目的】通过与目前国际上已报道的抗白叶枯病基因进行分析比较,推测水稻抗源C4059含有1个新的抗白叶枯病基因,暂命名为Xa36(t)。将水稻抗源C4059的白叶枯病抗性转育到IR24遗传背景下,培育近等基因系并借助分子标记将其抗白叶枯病基因进行定位。【方法】以IR24/C4059的1个F3分离群体为材料,采用分离集团分析法,借助SSR、EST标记对Xa36(t)进行分子标记定位。【结果】找到13个与Xa36(t)连锁的标记,最近的4个标记RM2136、RM7443、RM1233和RM224与目标基因间的遗传距离分别为3.2、3.8、1.9和1.3 cM。其中标记RM2136和RM7443位于染色体近端粒一侧,标记RM1233和RM224位于目标基因的另一侧。【结论】通过分子标记检测,将基因Xa36(t)定位于水稻第11染色体长臂末端附近。     

水稻CBB30Ⅰ抗白叶枯病相关基因的差异表达分析

水稻白叶枯病是水稻生产中最严重病害之一。前期鉴定发掘的水稻资源材料Y238对白叶枯病具有广谱抗性,其衍生的以IR24为遗传背景的基因导入系CBB30Ⅰ保持了广谱抗性。利用抑制消减杂交(suppression subtractive hybridization,SSH)技术构建CBB30Ⅰ与感病品种IR24间的差异表达cD-NA文库,RT-PCR分析抗病相关基因表达情况。经反向Northern blot杂交检测、测序和GenBank中BLAST比对,结果共获得29个独立的差异表达cD-NA克隆,其中有3个功能未知基因。半定量RT-PCR进一步验证了抗感病品种间抗性相关基因的差异表达。根据MIPS(Munich Information Center forProtein Sequences)功能分类系统推测,这些差异表达基因可能参与了CBB30Ⅰ对病原菌的防卫反应、信号传导和蛋白合成与修饰等一些重要的生物学过程。     

植物天然免疫性研究进展及其对作物抗病育种的可能影响

植物定植在充满各种病原菌的环境中却能健康生长,显示其拥有一套免疫系统以应对病原物的侵染。最近,人们发现植物免疫系统至少包括2个层次：第一层为病原相关分子模式(PAMP)激发的免疫性(PTI),即植物通过细胞表面模式识别受体(PRRs)对病原菌的PAMPs进行分子识别,从而启动植物的防卫反应;第二层为病原菌效应子激发的免疫性(ETI),即有些毒性强的病原菌通过产生效应子(effectors)来抑制PTI,从而突破植物的第一道防线,而植物又进化出新的分子受体(例如R基因编码的NBS-LRR蛋白质)以侦察病原菌效应子并启动第二道防卫反应。数亿年来,病原菌的侵染和植物的防卫交替进行,促进了病原菌和植物基因组的共进化。最新的研究还发现,黄单胞杆菌TAL effectors和寄主植物DNA 的相互识别中,利用了精准的分子密码。TAL effector类蛋白识别植物靶基因的启动子序列,识别模式是2个氨基酸识别一个核苷酸。通过这种识别,TAL effector操控植物靶基因的表达,引起寄主植物的感病或抗病反应。上述抗病分子机理研究的突破,将对植物抗病育种产生重要影响。     

利用分子标记辅助选择聚合Pi9(t)和Xa23基因

利用分子标记辅助选择将广谱高抗稻瘟病的Pi9(t)基因和全生育期高抗白叶枯病的Xa23基因聚合到同一优良株系中,获得了含双基因的优良株系L10～L13.用来自不同地区的20个稻瘟病小种和中国流行的7个白叶枯病小种及安徽白叶枯病小种对聚合株系进行接菌鉴定,结果显示:聚合Pi9(t)和Xa23基因的株系L10～L13同时抗稻瘟病和白叶枯病;与稻瘟病的供体亲本75-1-127相比,抗性水平相当,均达抗级(R)水平,且抗谱相同;与白叶枯病的供体CBB23相比,对白叶枯病的抗性时期一致,均表现为全生育期抗性,而且抗性水平和抗谱相似.通过田间农艺性状的筛选,获得的双基因聚合系具有较好的农艺性状,可直接应用于生产或作为抗性亲本.     

水稻白叶枯病感病相关基因Xig1的分子鉴定及抗病资源创制

水稻白叶枯病相关基因Xig1在感病亲本IR24中受白叶枯病菌的诱导表达。本研究通过克隆与比较Xig1的序列后发现,抗病野生稻导入系W6023与感病亲本IR24中Xig1等位基因的差异主要集中在启动子区。水稻原生质体观察XIG1在细胞中的定位,显示XIG1定位于细胞质中。利用CRISPR/Cas9系统对感病籼稻品种IR24的Xig1靶点进行基因组编辑,获得并评价了多个Xig1定点突变株系对白叶枯菌的抗性。与野生型相比, 8个IR24的Xig1基因定点突变株系对水稻白叶枯病的抗性得到明显提高,而农艺性状无显著差异。Xig1是新发现的水稻白叶枯病感病基因,该基因在水稻白叶枯病感病性中贡献的研究,不仅为创制新的抗病资源提供理论指导,还将丰富和加深我们对植物先天免疫系统的认知。     

利用基因组文库加速Xa23基因定位的染色体步移

 用距离水稻抗白叶枯病基因Xa23 0.8 cM的EST标记C189，扩增Xa23的近等基因系CBB23的基因组片段（0.8 kb）为探针,筛选水稻明恢63的TAC文库和广陆矮4号的PAC文库，对获得的7个阳性克隆用酶切法和Tail PCR法进行末端片段分离，获得15个末端片段， 用于感病亲本金刚30和抗病亲本CBB23之间的多态性检测，发现7个末端片段在双亲间有多态性，分别为69B、70N、81N、45B、45N、84N和84B。用这些末端片段作RFLP标记，对金刚30/CBB23的F2群体进行检测和连锁分析,结果表明这些标记与Xa23的遗传距离依次为0.4、0.4、0.4、0.5、0.6、0.6和1.1 cM。虽然69B、70N和81N与Xa23的遗传距离均为0.4 cM，但序列比对揭示69B与70N的物理距离为35 kb，与81N为95 kb，69B距Xa23最近。三者与Xa23的遗传距离虽然相同，但物理距离存在很大差异。这些末端片段标记加密了Xa23基因一侧的遗传图谱，并使其遗传距离缩短到0.4 cM，加速了Xa23的定位进程，为Xa23的分离克隆奠定了重要基础。讨论了这种染色体步移方法的适用条件。     

水稻抗褐飞虱基因Bph18(t)的STS标记开发及有效性验证

利用携有Bph18(t)基因抗褐飞虱材料与感虫材料之间在抗虫位点上的单核苷酸差异,成功开发出1个STS标记KC1。该标记可以准确区分含或不含抗虫基因Bph18(t)的基因型。进一步构建扬稻6号(9311)[不含Bph18(t)基因,感褐飞虱]/C4064[携有Bph18(t)基因]的F2群体进行抗虫鉴定,同时使用KC1标记检测F2群体单株的基因型。根据分子标记检测结果与抗虫表现之间的符合程度推算出标记的选择效果达到了82.6%。研究结果表明,KC1标记有较高的目的基因选择效率,可以应用于扬稻6号遗传背景下Bph18(t)基因的分子标记辅助选择。     

OsGA20ox2基因过量表达对水稻性状的影响

为研究水稻赤霉素20-氧化酶2(OsGA20ox2)基因的过量表达对水稻株高和生长发育的影响,通过RT-PCR扩增OsGA20ox2基因并构建该基因的过量表达载体pS12Q,采用农杆菌介导法遗传转化水稻,获得了高秆转基因植株.获得T0代的85株中,对其叶片基因组DNA进行Hyg基因扩增,发现其中2株为转基因植株且表现为高秆.分析其T2代表型,高秆植株与对照相比,株高增加9.41％ (P＜0.05);穗颈长增加15.62％ (P＜0.05);倒1节间长度增加8.46％(P＜0.05);穗长增加7.98％(P＜0.05);穗粒数增加6.8％(P＜0.05);分蘖数增加了12.5％ (P＜0.05);百粒重增加2.6％(P＜0.05);开花提前10天.这些性状导致高秆植株的产量增加,生育周期缩短.RT-PCR结果显示OsGA20ox2基因在高秆植株茎中的表达高于对照,促进了水稻茎的延伸.结果表明OsGA20ox2基因的过量表达影响了水稻的株高和生长发育.     

水稻抗白叶枯病新基因Xa32（t）的鉴定和初步定位

通过多菌系接种鉴定及抗谱分析,并与目前国际上已知抗白叶枯病基因比较,证明在水稻抗源C4064中含有一个新的抗白叶枯病基因,暂命名为Xa32(t)。应用分离集团分析法(BSA),借助SSR和EST等分子标记,对该基因进行了分子标记定位。通过对F₂分离群体及F₃家系单株进行遗传连锁性检测,发现6个位于水稻第11染色体长臂末端的分子标记RM27256、RM27274、RM2064、ZCK24、RM6293和RM5926与Xa32(t)基因连锁。它们与Xa32(t)基因间的遗传距离分别为2.1、1.0、1.0、0.5、1.5和2.6 cM。其中标记RM6293和RM5926位于染色体近端粒一侧,其他4个标记RM27256、RM27274、RM2064和ZCK24位于基因的另一侧。将Xa32(t)定位在水稻第11染色体长臂末端2.0 cM范围内。     

用mRNA差异显示法分离水稻抗白叶枯病相关基因

水稻抗病相关基因的克隆和功能研究有助于阐明水稻抗病性的分子机制。根据对水稻白叶枯病(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)抗性基因Xa21和Xa1功能的研究^[1,2],水稻抗白叶枯病基因与白叶枯病菌无毒基因互作后,激活下游一系列防卫反应基因的表达。除抗病基因外,水稻中参与对白叶枯病抗性的调控基因和防卫基因有哪些？它们在结构和表达调控上与其他植物的调控基因和防卫基因有何异同？均不很清楚。ｍRNA差异显示技术(mRNA differential display, DD)是近年发展起来的一种用于研究诱导表达基因的有效方法^[3~6],已成功用于动物细胞及肿瘤发育的特异基因的鉴定和克隆,在分离水稻差异表达基因方面也有不少成功的报道^[7~9],这为我们在水稻白叶枯病上开展类似工作提供了理论依据。