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Nature Com:万建民团队成功克隆首个水稻抗条纹叶枯病基因

摘要 : 中国农业科学院作物科学研究所水稻功能基因组研究创新团队在水稻抗条纹叶枯病基因功能研究中取得重要新进展,为通过分子手段培育抗病虫水稻品种提供了有用的基因资源,为水稻抗稻飞虱及其传播病毒病机制的阐明奠定了基础。9月9日,国际权威刊物《Nature Communications》在线出版了相关研究成果。
KK34中的水稻条纹叶枯病毒(RSV)抗性表征

KK34中的水稻条纹叶枯病毒(RSV)抗性表征

水稻条纹叶枯病是由灰飞虱介导的病毒病。在中国东部、日本和韩国超过80%的水稻种植区曾受到水稻条纹叶枯病毒(RSV)的严重危害,仅江苏2004年发病面积达2300多万亩,绝收面积7.8万亩,对水稻生产造成严重损失。

万建民领导的作物功能基因组研究创新团队与江苏省农业科学院等水稻育种单位协作攻关,建立了规模化水稻条纹叶枯病抗性鉴定技术体系,进行抗条纹叶枯病水稻种质与基因挖掘,创建了分子标记聚合育种技术体系;选育系列抗条纹叶枯病高产优质水稻新品种,实现了南方粳稻区的快速应用,有效解决了我国南方粳稻区受条纹叶枯病危害的难题。“抗条纹叶枯病高产优质粳稻新品种选育及应用”成果因此获得2010年国家科技进步一等奖。

上世纪90年代,日本科学家就已经开展水稻抗条纹叶枯病基因的定位和精细定位的研究,但一直未见克隆的相关报道。万建民团队经过长期的研究,成功克隆了第一个水稻抗条纹叶枯病基因STV11,并阐述了该基因的功能。

研究发现,STV11编码一个水稻磺基转移酶,抗性等位基因STV11-R编码的蛋白具有磺基转移酶活性,可以催化水杨酸(salicylic acid, SA)磺化生成磺化水杨酸(sulphonated SA, SSA),上调SA的生物合成。外施SA和SSA均可以显著增强对RSV的抑制作用,而且STV11介导的RSV抗性受到水杨酸羟化酶和水杨羟肟酸的拮抗,表明STV11对RSV的抗性依赖于SA介导的抗病毒途径。

通过对214份来自不同水稻种植区及不同年代培育的水稻品种进行STV11的序列分析,发现STV11存在明显的籼、粳分化,进一步研究发现STV11在野生稻中就已经分化。

此研究是水稻功能基因组创新团队自2013年以来在《Nature》、《Developmental Cell》、《PNAS》、《The Plant Cell》等刊物上发表多篇研究论文后,又一次在国际知名杂志发表的重要研究成果。

原文摘要:

STV11 encodes a sulphotransferase and confers durable resistance to rice stripe virus

Qi Wang, Yuqiang Liu, Jun He, Xiaoming Zheng, Jinlong Hu, Yanling Liu, Huimin Dai,Yingxin Zhang, Baoxiang Wang, Weixun Wu, He Gao, Yunhui Zhang, Xiaorong Tao, Huafeng Deng, Dingyang Yuan, Ling Jiang, Xin Zhang, Xiuping Guo, Xianian Cheng, Chuanyin Wuet al.

Rice stripe virus (RSV) causes one of the most serious viral diseases of rice (Oryza sativa L.), but the molecular basis of RSV resistance has remained elusive. Here we show that the resistant allele of rice ​STV11 (​STV11-R) encodes a sulfotransferase (​OsSOT1) catalysing the conversion of ​salicylic acid (​SA) into sulphonated ​SA (SSA), wheras the gene product encoded by the susceptible allele​STV11-S loses this activity. Sequence analyses suggest that the ​STV11-R and ​STV11-S alleles were predifferentiated in different geographic populations of wild rice, Oryza rufipogon, and remained prevalent in cultivated indica and japonica rice varieties, respectively. Introgression of the ​STV11-R allele into susceptible cultivars or heterologous transfer of ​STV11-R into tobacco plants confers effective resistance against RSV. Our results shed new insights into plant viral defense mechanisms and suggest effective means of breeding RSV-resistant crops using molecular marker-assisted selection or genetic engineering.

来源: 农科院 浏览次数:313

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