凝集素類受體蛋白激酶基因OsLecRK1在水稻抗脅迫反應(yīng)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(yán)重影響了水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量。為了適應(yīng)逐漸增加的糧食需求,提高作物對不同逆境的適應(yīng)能力一直是農(nóng)業(yè)工作者、生物學(xué)家長期關(guān)注的問題。分離和克隆抗性相關(guān)基因并進(jìn)一步明確這些基因的抗脅迫機(jī)制,對于有效控制作物病害、災(zāi)害的發(fā)生與發(fā)展,減少經(jīng)濟(jì)損失具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 OsLecRK1是本實(shí)驗(yàn)室在對細(xì)菌性條斑病菌(Xanthomonas oryzae pv.Oryzicola,Xoc

2、)侵染后的水稻進(jìn)行差異蛋白組學(xué)研究時,從中鑒定出的一個差異表達(dá)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(dǎo)等相關(guān)。生物信息學(xué)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(xué)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(dá),在根和莖稈中比在其它組織中的表達(dá)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(dǎo)OsLecRK1基因的表達(dá);赤霉素(GA)、脫落酸(ABA)、過氧化氫、鹽脅迫、干旱脅迫和機(jī)械損傷等處理也會導(dǎo)致OsLecRK1的表達(dá)水平上調(diào);其中以SA、ABA、NaCl處理后的上調(diào)表達(dá)最為明顯;低溫則會抑制OsLecRK1基因的表達(dá)。在水稻細(xì)菌性條斑病病原菌Xoc侵染誘發(fā)的水稻防御反應(yīng)中,OsLecRK1基因的表達(dá)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(yīng)。
　　 用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法遺傳轉(zhuǎn)化水稻,得到抑制表達(dá)和融合GFP的超量表達(dá)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(xì)胞中的穩(wěn)定表達(dá),結(jié)果與OsLecRK1蛋白位于細(xì)胞質(zhì)膜的預(yù)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(jìn)行Xoc接菌處理,病斑測量結(jié)果顯示抑制OsLecRK1基因表

5、達(dá)增強(qiáng)了水稻對Xoc的抗性,OsLecRK1插入突變株也表現(xiàn)了略微增強(qiáng)的抗性,這些結(jié)果暗示OsLecRK1基因負(fù)調(diào)控水稻對Xoc抗性。在抑制表達(dá)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(dá)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(dá)均被抑制,而另一個參與SA

6、合成的基因PAL的表達(dá)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(yīng)物(effector)毒害宿主的過程,從而導(dǎo)致抗病性變化,具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
　　 熒光定量PCR分析非生物脅迫誘導(dǎo)表達(dá)相關(guān)基因在轉(zhuǎn)基因植株T1代中的表達(dá),其中受干旱和高鹽脅迫誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子OsDREB2A在RNAi轉(zhuǎn)基因植株的不同單株中的表達(dá)均受到抑制,而脯氨酸合成限速酶基因P5CS的表達(dá)量一致顯著上升;而在融合GFP的超量表達(dá)植株的