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光照調控水稻對稻瘟病菌廣譜抗性機制被揭示

2019-08-14 10:01:54來源:世界農化網中文網作者:世界農化網中文網編輯:bianji2
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  稻瘟病是由稻瘟病菌 (Magnaporthe oryzae) 引起的毀滅性病害,有“水稻癌癥”之稱。稻瘟病發生于世界各地,可發病于水稻的各生育期,近年來每年給我國造成30億公斤以上的糧食損失,威脅著我國乃至全世界糧食安全。該病害在連續陰雨連綿、光照不足時常常會大爆發,但是其機制至今仍不清楚。
  8月12日,PNAS發表了南京農業大學張正光教授課題組題為Phosphorylation-guarded light-harvesting complex II contributes to broad-spectrum blast resistance in rice的研究論文,揭示了光照和水稻抗稻瘟病菌之間的關系。該研究從遺傳和分子生物學水平上揭示了水稻利用光照調控自身免疫的機制,為選育抗病水稻品種提供新思路。
  在正常條件下,水稻捕光復合體家族成員LHCB5 (LHC, Light harvesting complex)與PsbS(Photosystem II subunit S) 是維持葉綠體電子傳遞的重要組分。該研究發現,稻瘟病菌入侵水稻時,LHCB5的第24位蘇氨酸發生磷酸化,葉綠體電子傳遞受阻,導致電子在葉綠體中大量積累,誘發葉綠體中活性氧的迸發,激活了抗病相關基因,從而提高了水稻對稻瘟病菌的抗病性。
  通過分析3000份水稻種質資源,該研究發現LHCB5基因的啟動子區域存在豐富的多態性位點 (SNPs, Single nucleotide polymorphisms),不同的SNPs決定著LHCB5基因轉錄水平的高低,并且在粳稻和秈稻品種中存在明顯分化,粳稻中LHCB5的轉錄水平顯著高于秈稻品種。進一步對200多份水稻材料進行轉錄水平和抗性關聯性分析,發現LHCB5的轉錄水平與抗性呈正相關,且LHCB5超表達的轉基因水稻對稻瘟病菌不同的小種表現出廣譜抗性。有意思的是,LHCB5的磷酸化主要發生在高轉錄水平的水稻材料中,且LHCB5的磷酸化與抗性呈正相關。更為重要的是,LHCB5磷酸化調控的抗性與含有理想型啟動子的后代共分離,證明LHCB5的磷酸化是可遺傳的,這對后期選育抗病品種具有重要意義。
  圖:光照調控水稻捕光復合體蛋白LHCB5磷酸化介導對稻瘟病菌廣譜抗性的機制
  早在上世紀60年代,George McNew就提出“病害三角”的概念,即具有致病力的病原物、感病的寄主植物和適宜的環境條件,三者互相配合才能導致病害的發生。以往對水稻抗病性的研究,往往就聚焦在病原物和寄主植物上。受“病害三角”理論啟發,張正光團隊此次將研究聚焦在環境條件方面,揭示了光照和水稻抗稻瘟病菌機制之間的關系,為選育抗病水稻品種提供新思路。
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