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白叶枯病菌未知主效TALE的鉴定与广谱抗病水稻新种质的创制

批准号:
32102147
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
徐正银
依托单位:
学科分类:
植物病理学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐正银

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
白叶枯病菌(Xoo)毒性变异常导致水稻抗病性丧失。前期发现,Xoo菌株LN4在3个OsSWEET感病基因EBE(effector-binding element)被修饰的水稻上仍具有致病性,推测该菌株存在不结合3个EBE位点的未知主效TALE(transcription-activator like effector)。拟完成LN4菌株的基因组,分离该菌株所有tal基因和构建单一tal菌系,通过致病性测定,鉴定该菌株的未知主效TALE;利用RNA-seq、EBE分析、qRT-PCR、GUS测定和EMSA等途径,鉴定其在水稻中的感病基因,明确感病基因的性质和功能;在3个OsSWEET感病基因EBE修饰的基础上,利用基因编辑技术对该感病基因的EBE进行精准编辑,创制广谱抗白叶枯病的水稻新种质。预期研究结果不仅揭示Xoo毒性变异和水稻抗病性丧失的的机理,而且还可为水稻白叶枯病抗病育种提供新种质。
英文摘要
The pathogenicity variation of Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) often lead to the loss of rice resistance to bacterial leaf blight (BLB). Previously we found that Xoo strain LN4 was compatible in rice varieties with EBEs (effector-binding elements) of three OsSWEET genes modified, suggesting that there are unknown major TALEs (transcription-activator like effectors) that don’t bind these EBEs in this strain. In this proposal, we are going to clone and identify the unknown major TALEs of LN4 strain by genome sequencing, isolating tal genes, constructing strains with individual tal genes and pathogenicity assays, to identify the susceptible genes and determine the characteristics and functions of them in rice through RNA-seq, EBE analysis, qRT-PCR, GUS assays and EMSA, to generating new rice varieties with broad-spectrum resistant to BLB by precisely modifying the EBEs of the newly identified susceptible genes in the rice varieties with EBEs of three OsSWEET genes mutated using gene editing technology. The expected results from the mentioned above will not only reveal the mechanism of pathogenicity variation of Xoo and loss of rice resistance to BLB, but also provide new germplasms for resistance breeding of BLB.
由稻黄单胞菌稻致病变种(Xoo)引起的水稻白叶枯病是农业生产中的重要致灾病害。Xoo通过分泌转录激活类效应蛋白(TALE),或诱导寄主感病基因的表达引起效应物诱导的感病反应(ETS),或激活寄主抗病基因的表达引起效应物诱导的免疫反应(ETI)。本项目从Xoo强毒性菌株LN4中分离得到12个tal基因,发现该菌株含有3个主效tal基因,其中tal1b与另一个Xoo强毒性菌株LN18中的tal6b基因同源,编码一类新型主效TALE Tal6b/AvrXa27A。其属于AvrXa27/TalAO类效应蛋白家族,发现该蛋白家族包含4个成员,广泛分布于Xoo菌株中,均可作为无毒蛋白激活抗病基因Xa27的表达,激发水稻的ETI。这揭示了Xa27能够广谱抗白叶枯病的原因。不同于家族中的其他成员,Tal6b/AvrXa27A还能作为主效TALE诱发水稻的ETS。Tal6b/AvrXa27A能够靶向水稻感病基因OsSWEET11a,但其与另一个靶向OsSWEET11a的主效TALE蛋白PthXo1没有同源性。研究明确了Tal6b/AvrXa27A分别与Xa27和OsSWEET11a启动子结合的EBE序列。OsSWEET11a感病基因中相应EBE编辑的水稻材料对依赖于Tal6b/AvrXa27A毒性的Xoo菌株表现抗病性。Tal6b/AvrXa27A具有无毒性和毒性双重功能,能同时靶向抗病基因Xa27和感病基因OsSWEET11a。在不含有Xa27的水稻中,Tal6b/AvrXa27A诱发ETS。而在含有Xa27的水稻中,Tal6b/AvrXa27A激发Xa27介导的ETI,能够抑制OsSWEET11a介导的ETS,最终使水稻抗病。这些研究揭示了Xoo利用TALE多样化的致病策略,为病原菌效应蛋白与抗感病基因的协同进化提供了新的见解,同时也为Xa27广谱抗病基因的合理布局利用提供了理论依据。
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