水稻抗稻瘟病基因Pi-ta多態(tài)性研究和Ptr(t)基因的精細(xì)定位.pdf

1、稻瘟病由子囊菌亞門真菌Magnaportheoryzae所致，是水稻上最嚴(yán)重的病害之一，也是限制水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要因素。水稻抗病基因(Resistancegene，R)可有效控制稻瘟病的發(fā)生。Pi-ta是水稻中已克隆的單拷貝抗稻瘟病基因。它位于水稻第12號(hào)染色體著絲點(diǎn)附近，編碼一個(gè)CC-NBS-LRR蛋白，可在細(xì)胞內(nèi)識(shí)別M.orzyea中相應(yīng)的AVR-Pita，并激活抗病信號(hào)通路。Pi-ta蛋白918位點(diǎn)的單個(gè)氨基酸決定其對(duì)AVR-Pi

2、ta的識(shí)別特異性。 本試驗(yàn)利用栽培稻和野生稻材料，研究了Pi-ta基因的結(jié)構(gòu)和功能特性；精細(xì)定位了一個(gè)Pi-ta介導(dǎo)的抗病信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的基因Ptr(t)。主要結(jié)果總結(jié)如下： 1、研究了稻屬亞洲栽培稻(Oryza.SativaL)，非洲栽培稻(O.glaberrimaSteud.)，普通野生稻(O.rufipogonGriff.)，尼古拉野生稻(O.nivara)，巴蒂野生稻(O.bathiiA.Chev.)，藥用野生稻

3、(O.officinalisWall.)，高桿野生稻(O.altaSwallen)，闊葉野生稻(O.latifoliaDesv.)和O.glumaepatila54份材料中Pi-ta基因的序列多態(tài)性。Pi-ta基因在水稻CCDD基因組O.alta，O.latifolia和O.glumaepatila中變異程度較高，無(wú)法得到它在這些物種里的全長(zhǎng)序列。在水稻AA基因組Oryza.sativa，O.glaberrima，O.rufipogon

4、，O.nivara，O.bathii和CC基因組O.officinalis中，Pi-ta基因在系統(tǒng)發(fā)育樹上分化成2個(gè)分支，由1條原始的Pi-taDNA序列(GenBankAF207842)和15條Pi-ta變異體組成。它們之間DNA序列的相似性為91.9％-99.9％。在Pi-ta基因內(nèi)，共鑒定出了105個(gè)單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphism)位點(diǎn)和21個(gè)Indel位點(diǎn)。其中，內(nèi)含子區(qū)段中的DNA多態(tài)

5、性顯著高于外顯子。Pi-ta基因在O.sativa群體內(nèi)的π值為0.00345。 2、Pi-ta基因?yàn)榻M成性表達(dá)。15個(gè)Pi-ta變異體可翻譯成9種Pi-ta變異蛋白。Pi-ta蛋白三維結(jié)構(gòu)圖顯示，丙氨酸-918位點(diǎn)可形成β折疊，而絲氨酸-918則形成α螺旋。利用接種試驗(yàn)研究Pi-ta變異體與抗病之間的關(guān)系，結(jié)果表明攜帶丙氨酸-918的Pi-ta可對(duì)攜帶AVR-Pita的稻瘟病生理小種產(chǎn)生抗性，而攜帶絲氨酸-918的變異體則不具

6、有上述功能。 3、利用Pi-ta-Indel分子標(biāo)記并通過(guò)對(duì)Pi-taLRD功能結(jié)構(gòu)域和內(nèi)含子的測(cè)序，從美國(guó)農(nóng)業(yè)部1790份水稻核心種質(zhì)資源中，鑒定了164份含有Pi-taR(Pi-taresistanceallele)的水稻材料。這些材料來(lái)自于非洲，亞洲，南、中、北美洲，歐洲，南、北太平洋洲，印度亞大陸等的56個(gè)國(guó)家和地區(qū)。利用分布于水稻12條染色體上的46對(duì)SSR引物研究上述材料遺傳多態(tài)性，結(jié)果表明這些材料可分化成遺傳距離較

7、遠(yuǎn)的7個(gè)分支，說(shuō)明Pi-ta存在于遺傳背景較為豐富的種質(zhì)資源中。接種試驗(yàn)表明，75份材料的抗性由Pi-taR決定。此外，本實(shí)驗(yàn)還鑒定了83份材料含有除Pi-ta外的R基因，它們可與致病性較強(qiáng)的稻瘟病生理小種IE-1k發(fā)生非親和反應(yīng)。這些材料不僅可用于鑒定未知的R基因，還可推動(dòng)稻瘟病的抗病育種工作。 4、Ptr(t)基因在水稻中參與Pi-ta介導(dǎo)的抗病信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了4個(gè)Ptr(t)基因的自發(fā)突變體Amane，Hatad