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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 水稻類病變突變體spl5抗白葉枯病機(jī)理的初步研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 水稻類病變突變體spl5能自發(fā)產(chǎn)生與植物抗病應(yīng)答中超敏反應(yīng)類似的壞死斑。對白葉枯病的抗譜調(diào)查顯示spl5具有廣譜的抗病性。對spl5葉片的化學(xué)染色、生理測定及基因表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)在spl5組織中引發(fā)HR的活性氧等物質(zhì)的含量顯著上升。同時(shí)，構(gòu)建了spl5突變及其野生型的細(xì)胞懸浮系，通過研究其與白葉枯病菌的互作，發(fā)現(xiàn)spl5突變體能組成性地表達(dá)HR抗病反應(yīng)，并啟動(dòng)了植株對病原菌的系統(tǒng)性防御應(yīng)答。
- 詳細(xì)介紹：
- 水稻類病變突變體spl5（spotted leaf 5）是由粳稻（Oryza sativa L. ssp. japonica）Norin 8經(jīng)γ射線輻射誘導(dǎo)而成，植株從苗期開始葉片上就會(huì)自發(fā)地出現(xiàn)紅棕色類病斑，屬于典型的類病變壞死突變體。雖然Mizobuchi等也通過田間接種白葉枯病菌對spl5突變體的抗性進(jìn)行了初步鑒定，結(jié)果顯示spl5突變體對水稻白葉枯病菌2個(gè)日本小種存在明顯的抗性，但是，對spl5突變體的抗性機(jī)理研究卻未見涉及。 在研究植物與病原微生物互作機(jī)理所選擇的植物實(shí)驗(yàn)材料平臺(tái)中，植物懸浮細(xì)胞系由于其分散性好，細(xì)胞形狀及細(xì)胞團(tuán)大小大致相同，生長迅速，重復(fù)性好，易于控制等有利因素被廣泛采用。該類突變體是一類與細(xì)胞程序性死亡相關(guān)的突變體，對這類突變體進(jìn)行愈傷組織的誘導(dǎo)以及懸浮細(xì)胞的構(gòu)建較其野生型要困難很多，所以當(dāng)前雖然鑒定得到的類病變突變體較多但在細(xì)胞水平上研究其壞死機(jī)制或抗病機(jī)理的報(bào)道相對較少，且未見有水稻類病變壞死突變體spl5懸浮細(xì)胞系建立及其在細(xì)胞水平上的抗病應(yīng)答報(bào)道。 本文以水稻類病變突變體spl5材料，通過水稻類病變突變體spl5田間抗性分析以及spl5突變體細(xì)胞懸浮系對水稻白葉枯病菌的應(yīng)答反應(yīng)，結(jié)合生理生化分析、組織學(xué)染色、分子鑒定等方法研究spl5突變體抗白葉枯病的機(jī)理。對該突變體的白葉枯病抗譜調(diào)查顯示spl5突變體顯著提高了對多種菲律賓生理小種的抗性，尤其對PXO145的抗性指標(biāo)達(dá)到了高抗水平，對PXO280、PXO87和PXO124等3個(gè)生理小種達(dá)到抗性水平，表明spl5突變體具有廣譜的抗病性。對該突變體的自身防御系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，spl5突變體在病斑形成之后有明顯的胼胝質(zhì)沉積、活性氧積累等現(xiàn)象，抗性相關(guān)基因的表達(dá)分析表明spl5突變體和野生型體內(nèi)PR基因OsPR1、OsPR3和OsPR8以及茉莉酸合成途徑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶基因OsAOS均有表達(dá)，但spl5突變體內(nèi)的表達(dá)量更高。RT-PCR結(jié)果說明spl5突變體內(nèi)的系統(tǒng)獲得性抗性以及茉莉酸信號(hào)傳導(dǎo)途徑在形成病斑時(shí)可能已被激活。 為進(jìn)一步研究spl5突變體與病原菌互作的機(jī)制，我們構(gòu)建了spl5突變體的懸浮細(xì)胞系，并對spl5突變體與白葉枯病菌的互作情況做了初步分析，發(fā)現(xiàn)病原菌侵染后spl5細(xì)胞內(nèi)活性氧的含量與過氧化物酶、超氧化物歧化酶、多酚氧化酶等防御酶的活性都比野生型高。這些結(jié)果表明spl5突變體能組成性地表達(dá)HR抗病反應(yīng)，并啟動(dòng)了植株對病原菌的系統(tǒng)性防御應(yīng)答，為spl5抗病分子機(jī)制的深入研究奠定了一定的工作基礎(chǔ)，有助于豐富植物類病變壞死這一研究領(lǐng)域的知識(shí)積累，為進(jìn)一步在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上進(jìn)行水稻抗病育種和早衰調(diào)控打下堅(jiān)實(shí)的理論與應(yīng)用基礎(chǔ)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 水稻“白葉枯病”是水稻三大病害之一。目前國內(nèi)外已有27個(gè)突變體存在對白葉枯病的抗性。近年來，對水稻類病變突變體的研究大多集中在突變表型的形成機(jī)理、類病變基因的分子定位及克隆等方面，而抗病機(jī)理的研究卻少有涉及。本論文通過構(gòu)建spl5突變體水稻-白葉枯病菌互作懸浮細(xì)胞系，研究誘導(dǎo)性抗性。通過生理生化分析、組織學(xué)染色以及分子鑒定來研究其組成性抗性，進(jìn)而探索該突變體存在的抗白葉枯病機(jī)理。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 水稻類病變突變體spl5是由粳稻Norin 8經(jīng)γ射線輻射誘導(dǎo)而成，屬于典型的類病變壞死突變體。目前已有科學(xué)家對其抗性進(jìn)行了初步鑒定，但抗性機(jī)理研究卻未見涉及。 同時(shí)未見有spl5突變體懸浮細(xì)胞系建立及其在細(xì)胞水平上的抗病應(yīng)答報(bào)道。所以在實(shí)驗(yàn)材料上、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上（利用spl5突變體細(xì)胞懸浮系分析抗性應(yīng)答機(jī)理）、研究目標(biāo)上（抗性分析、組織學(xué)和細(xì)胞學(xué)特征、生理生化檢測）等均體現(xiàn)了研究特色與創(chuàng)新。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 通過構(gòu)建spl5突變體的懸浮細(xì)胞系和良好的水稻-白葉枯病菌互作體系，結(jié)合組織學(xué)染色、生化分析以及分子鑒定等手段，對spl5突變體與白葉枯病菌的互作應(yīng)答機(jī)制及突變體抗白葉枯病的機(jī)理作初步分析，為進(jìn)一步分析spl5突變體抗病的分子機(jī)理打下基礎(chǔ)，有助于更全面深入地研究以spl5為代表的水稻類病變壞死與抗病機(jī)制，為進(jìn)一步在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上進(jìn)行水稻抗病育種和早衰調(diào)控打下堅(jiān)實(shí)的理論與應(yīng)用基礎(chǔ)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 水稻類病變突變體spl5（spotted leaf 5）能自發(fā)產(chǎn)生與植物抗病應(yīng)答中超敏反應(yīng)（hyper sensitivity，HR）類似的壞死斑。白葉枯病抗譜調(diào)查顯示spl5顯著提高了對多種菲律賓生理小種的抗性，表明spl5具有廣譜的抗病性。對spl5葉片的化學(xué)染色、生理測定及基因表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)在spl5組織中引發(fā)HR的活性氧（O2-和H2O2）等物質(zhì)的含量顯著上升，一些植物系統(tǒng)性抗病反應(yīng)的標(biāo)志基因的表達(dá)顯著上調(diào)。同時(shí)，構(gòu)建了spl5突變及其野生型近等基因系的細(xì)胞懸浮系，通過該細(xì)胞懸浮系與白葉枯病菌的互作研究，發(fā)現(xiàn)病原菌侵染后spl5細(xì)胞內(nèi)活性氧的含量與過氧化物酶、超氧化物歧化酶、多酚氧化酶等防御酶的活性都比野生型高。這些結(jié)果表明spl5突變體能組成性地表達(dá)HR抗病反應(yīng)，并啟動(dòng)了植株對病原菌的系統(tǒng)性防御應(yīng)答，為spl5抗病分子機(jī)制的深入研究奠定了一定的工作基礎(chǔ)。
獲獎(jiǎng)情況
- 1．2010年7月3日至6日在中國福建舉行的中國植物病理學(xué)會(huì)上作了題為“水稻抗病相關(guān)基因spl5的克隆和機(jī)理研究”的報(bào)告。 2．論文“水稻類病變突變體spl5細(xì)胞壞死機(jī)制的分析”發(fā)表在浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2009年，第32卷第3期326-331頁。
鑒定結(jié)果
- 1．2010年中國植物病理學(xué)會(huì)上報(bào)告 “水稻抗病相關(guān)基因spl5的克隆和機(jī)理研究”。2．論文《水稻類病變突變體spl5細(xì)胞壞死機(jī)制的分析》，浙江師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2009年第32卷第3期326-331頁。
參考文獻(xiàn)
- [1]陳析豐, 金楊和馬伯軍. 水稻類病變突變體及抗病性的研究進(jìn)展. 植物病理學(xué)報(bào), 2011. 41(1):1-9. [2]Ma,Q.H.,B.ian,andY.L.Li.Overexpression of a wheat jasmonate-regulated lectin increases pathogen resistance. Biochimie, 2010. 92(2):187-93. [3]Shi, S. Q., Z. Shi, Z. P. Jiang, et al. Effects of exogenous GABA on gene expression of Caragana intermedia roots under NaCl stress: regulatory roles for H2O2 and ethylene production. Plant Cell Environ, 2010. 33(2):149-62. [4]Kojo, K., T. Yaeno, K. Kusumi, et al. Regulatory mechanisms of ROI generation are affected by rice spl mutations. Plant Cell Physiol, 2006. 47(8):1035-44. [5]Jung, Y. H., J. H. Lee, G. K. Agrawal, et al. The rice (Oryza sativa) blast lesion mimic mutant, blm, may confer resistance to blast pathogens by triggering multiple defense-associated signaling pathways. Plant Physiol Biochem, 2005. 43(4):397-406.
同類課題研究水平概述
- 植物類病變突變體（lesion mimic mutant）是指一類在沒有逆境、損傷或病害情況下就能自發(fā)形成類似病原物侵染的壞死斑（lesion）的突變體。第一個(gè)植物類病變突變體是從玉米中被發(fā)現(xiàn)的，近年來在擬南芥、大麥、水稻和大豆等其它植物中也發(fā)現(xiàn)了大量這類突變體。近年來發(fā)現(xiàn)類病變壞死的表型與植物防衛(wèi)過程中的過敏反應(yīng)（hypersensitive response，HR）非常相似，而且許多類病變突變體對某些植物病原體也表現(xiàn)出一定的抗性。HR是植物受非親和性病原菌感染后，侵染部位細(xì)胞迅速死亡，從而限制病原菌增殖的一種植物的特異性防衛(wèi)反應(yīng)，屬于一類細(xì)胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）。因此，類病變突變體就成為了研究植物抗病性機(jī)制和PCD途徑的理想材料，受到了諸多學(xué)者的廣泛關(guān)注。 水稻既是單子葉模式植物，又是世界上最重要的糧食作物之一。到目前為止，國內(nèi)外已有52個(gè)水稻類病變突變體被正式命名，在52個(gè)水稻類病變中，9個(gè)為顯性遺傳，43個(gè)為隱性遺傳，6個(gè)基因spl7、spl11、spl18、attm1 、Oslsd1和OsNPR1 已經(jīng)被克隆，它們各自編碼不同功能的蛋白，參與不同的代謝途徑，表明了導(dǎo)致植物細(xì)胞壞死的途徑非常復(fù)雜和多樣。 目前研究表明盡管不是所有的類病變基因都是植物防衛(wèi)信號(hào)途徑中所必須的，但是許多類病變突變體表現(xiàn)出了廣譜抗病性。水稻類病變突變體也同樣存在普遍抗病的現(xiàn)象，經(jīng)抗病性鑒定的41個(gè)突變體中，38個(gè)對水稻病原菌增強(qiáng)了抗性，其中27個(gè)抗白葉枯病（Xanthomonas campestris pv. oryzae）。水稻類病變突變體spl5（spotted leaf 5）是由粳稻（Oryza sativa L. ssp. japonica）Norin 8經(jīng)γ射線輻射誘導(dǎo)而成，植株從苗期開始葉片上就會(huì)自發(fā)地出現(xiàn)紅棕色類病斑，屬于典型的類病變壞死突變體。Mizobuchi等通過田間接種白葉枯病菌對spl5突變體的抗性進(jìn)行了初步鑒定，結(jié)果顯示spl5突變體對水稻白葉枯病菌2個(gè)日本小種存在明顯的抗性，但是，對spl5突變體的抗性機(jī)理研究卻未見涉及。
