水稻P450基因Oscyp71Z2增强稻瘟病抗性的机制

【目的】分析水稻细胞色素P450基因Oscyp71Z2在稻瘟病抗性中的作用,并解析其介导的水稻抗稻瘟病机制。【方法】根据高抗稻瘟病转hrf1水稻NJH12表达谱结果,筛选到一个表达量高达114.6倍的细胞色素P450基因Oscyp71Z2(NCBI登录号:Os07g0217600)。根据Oscyp71Z2全长编码区序列设计引物,以水稻模式粳稻品种日本晴的cDNA为模板,通过PCR扩增Oscyp71Z2全长编码区序列。将所得的cDNA序列经测序后,与双元表达载体pVec8连接,构建超量表达载体pVec8::Oscyp71Z2。采用冻融法将构建的超量表达载体pVec8::Oscyp71Z2质粒转入农杆菌菌株EHA105,并利用农杆菌转化法获得Oscyp71Z2超表达水稻。常规PCR技术检测T4代Oscyp71Z2超量表达水稻中选择标记基因潮霉素磷酸转移酶编码基因(hygromycin phosphotransferase gene,hph),并通过qRT-PCR检测超量表达水稻中目的基因Oscyp71Z2的表达量。进一步对阳性超量表达水稻(T4、T5和T6)进行稻瘟病表型鉴定,并检测植保素含量变化(T4)。【结果】RT-PCR和qRT-PCR结果显示,水稻细胞色素P450基因Oscyp71Z2在高抗稻瘟病的转hrf1水稻中有较高的表达,与表达谱数据一致。通过生物信息学分析Oscyp71Z2全长1 554 bp,含有2个细胞色素P450保守结构域,是CYP71Z2亚家族成员。将Oscyp71Z2成功连接到双元载体pVec8,利用农杆菌介导法获得Oscyp71Z2超量表达水稻。超量表达水稻株系在各生育期、株高等性状,与非转基因水稻日本晴基本一致。超量表达株系中Oscyp71Z2的表达量较野生型有显著升高。超量表达水稻的穗颈瘟抗性等级维持在1—2级,表现为抗病或者中抗,而野生型水稻的穗颈瘟等级为3—4级,表现为感病,Oscyp71Z2在水稻中超量表达显著增强了对穗颈瘟的抗性。Oscyp71Z2超量表达株系每克新鲜叶片中植保素MA和PB含量平均是328和124 ng,相对于野生型的85和42 ng·g-1新鲜叶片有显著升高。Oscyp71Z2超量表达株系中涉及到植保素MA和PB合成通路的4个关键基因的表达量较野生型有显著地升高。【结论】水稻细胞色素P450基因Oscyp71Z2通过调控植保素生物合成通路,赋予水稻稻瘟病抗性。