凝集素類受體蛋白激酶基因OsLecRK1在水稻抗脅迫反應中作用的解析.pdf

1、水稻是重要的糧食作物,生物與非生物等逆境脅迫嚴重影響了水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量。為了適應逐漸增加的糧食需求,提高作物對不同逆境的適應能力一直是農(nóng)業(yè)工作者、生物學家長期關(guān)注的問題。分離和克隆抗性相關(guān)基因并進一步明確這些基因的抗脅迫機制,對于有效控制作物病害、災害的發(fā)生與發(fā)展,減少經(jīng)濟損失具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　 OsLecRK1是本實驗室在對細菌性條斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.Oryzicola,Xoc

2、)侵染后的水稻進行差異蛋白組學研究時,從中鑒定出的一個差異表達的蛋白基因,該基因編碼一個凝集素類受體蛋白激酶。類受體蛋白激酶在植物體中主要與脅迫、發(fā)育、信號轉(zhuǎn)導等相關(guān)。生物信息學的分析也暗示OsLecRK1基因可能參與水稻的生物與非生物脅迫、生長和發(fā)育等生物學過程。
　　 熒光定量PCR數(shù)據(jù)表明OsLecRK1基因在水稻各個組織和器官中均有表達,在根和莖稈中比在其它組織中的表達水平更高。用各種防御信號化合物、植物激素、NaCl、

3、低溫等處理水稻幼苗,發(fā)現(xiàn)水楊酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和乙烯合成前體(ACC)這些信號化合物不同程度的誘導OsLecRK1基因的表達;赤霉素(GA)、脫落酸(ABA)、過氧化氫、鹽脅迫、干旱脅迫和機械損傷等處理也會導致OsLecRK1的表達水平上調(diào);其中以SA、ABA、NaCl處理后的上調(diào)表達最為明顯;低溫則會抑制OsLecRK1基因的表達。在水稻細菌性條斑病病原菌Xoc侵染誘發(fā)的水稻防御反應中,OsLecRK1基因的表達水平在

4、前3天略微上調(diào)。因此,推測OsLecRK1可能參與多種不同的水稻抗脅迫反應。
　　 用農(nóng)桿菌介導的方法遺傳轉(zhuǎn)化水稻,得到抑制表達和融合GFP的超量表達的轉(zhuǎn)基因水稻。熒光顯微鏡觀察OsLecRK1-GFP融合蛋白在轉(zhuǎn)基因T1代水稻根尖細胞中的穩(wěn)定表達,結(jié)果與OsLecRK1蛋白位于細胞質(zhì)膜的預測相吻合,暗示該蛋白可能具有跨膜傳遞信號的功能。
　　 對轉(zhuǎn)基因T1代進行Xoc接菌處理,病斑測量結(jié)果顯示抑制OsLecRK1基因表

5、達增強了水稻對Xoc的抗性,OsLecRK1插入突變株也表現(xiàn)了略微增強的抗性,這些結(jié)果暗示OsLecRK1基因負調(diào)控水稻對Xoc抗性。在抑制表達OsLecRK1的轉(zhuǎn)基因植株中接種Xoc后,熒光定量PCR檢測相關(guān)的防御基因,其中參與SA合成的基因PAD4及JA合成相關(guān)基因AOS2的表達均被抑制;在OsLecRK1突變體植株接種Xoc后,熒光定量PCR檢測數(shù)據(jù)顯示病程相關(guān)基因PR16和參與SA合成的基因CHS的表達均被抑制,而另一個參與SA

6、合成的基因PAL的表達水平顯著上調(diào)。推測OsLecRK1可能參與了協(xié)助病原菌或病原菌效應物(effector)毒害宿主的過程,從而導致抗病性變化,具體機制有待進一步研究。
　　 熒光定量PCR分析非生物脅迫誘導表達相關(guān)基因在轉(zhuǎn)基因植株T1代中的表達,其中受干旱和高鹽脅迫誘導的轉(zhuǎn)錄因子OsDREB2A在RNAi轉(zhuǎn)基因植株的不同單株中的表達均受到抑制,而脯氨酸合成限速酶基因P5CS的表達量一致顯著上升;而在融合GFP的超量表達植株的