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植物在应对自然环境中的各种生物与非生物的胁迫反应调控中涉及到多种复杂的信号传导途径包括各种蛋白间和蛋白与其它小分子的相互作用:在研究水稻应对生物胁迫的分子机理过程中,通过分析细条菌侵染水稻植株差异表达的蛋白,我们分离了两个与水稻抗病反应相关基因,一个是编码.RPM1-like蛋白的OsNLRP5基因;另一个是DUF1644基因家族,编码RING/U-box蛋白的OsSIDP407(即OsZRF2基因)。本研究对这两个基因的功能开展了相关研究工作。
OsSIDP407基因位于水稻第2号染色体上,含有1个内含子和2个外显子,全长3.21Kb,包含一个1086bp的开放阅读框,编码362个氨基酸的蛋白,该蛋白含有一个高度保守的RING/U-Box结构域和DUF1644结构域。Q-PCR结果表明:茉莉酸甲酯(MeJ.A),水杨酸(SA),赤霉素(GA)和脱落酸(ABA)等抗病信号分子能诱导OsSIDP407的表达;另外,NaCl和PEG也能诱导OsSIDP407的表达,在水稻与细条菌的互作反应中OsSIDP407表现出明显的上调表达。为了进一步研究OsSIDP407在水稻抗病反应中的功能,我们通过农杆菌介导的水稻遗传转化技术将OsSIDP407基因整合到水稻的染色体上;Q-PCR分析筛选到3株目的基因的表达水平明显高于野生型(达100-200倍)的过量表达植株和3株表达水平明显低于野生型(最低可达0.1倍)的抑制表达植株;对转基因植株进行接菌(细条菌)实验,发现过量表达植株的抗性明显增强,而抑制表达植株的抗性相对降低,且在过量表达抗性增强的植株中,水稻防御相关Marker基因PR4、PR5和PRJD上调表达。这些结果表明,OsSIDP407基因可能参与到与细条菌的免疫反应中。
OsNLRP5基因位于水稻第5号染色体上,由1个外显子组成,全长为2821bp,包含一个1941bp的ORF,编码647个氨基酸的蛋白,属于NBS.LRR类蛋白,含有NB-ARC和LRR结构域。OsNLRP5基因在水稻中的表达具有组织特异性:在幼根、叶和叶鞘中表达量高,而在茎中较低。Q-PCR分析表明,H2O2、ABA、SA和MeJA等抗病信号分子能诱导OsNLRP5基因的表达,在水稻与细条菌的互作中OsNLRP5基因被抑制表达,通过水稻遗传转化技术获得104棵过量表达转基因植株;Q-PCR结果表明在随机挑选的8株过量植株中有2株的OsNLRP5基因的表达水平达到50倍以上,在购买的OsNLRP5基因的突变体植株中有3株的表达水平低于0.5倍。在OsNLRP5基因的过量转基因或突变体植株中防御相关Marker基因PR4、PR5、PR10、NPR1和RIN4-like基因都被不同程度的上调或下调表达。这些结果表明,OsNLRP5基因编码的NBS-LRR类蛋白在水稻的抗病反应网络中发挥作用。