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植物在与病原菌的长期博弈中,进化出了一套复杂而精细的应答系统。针对不同病原菌的侵袭,植物会启用不同的抗病机制。这些抗病机制可以大致分为三个环节:对病原菌的识别、抗病信号的传导以及对下游防卫基因的调控。这其中抗病信号的传导是最灵活的一个环节,植物可以根据识别到的不同病原菌,开启和组合不同的信号传导路径,最终有“病原针对性”的调控下游防卫基因的表达。水稻不仅是重要的粮食作物,也是单子叶植物功能基因组研究中重要的模式植物,因此研究水稻抗病信号传导机制,挖掘抗病基因资源具有重要的理论意义和实践价值。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)级联是植物传导抗病信号的重要途径之一,在水稻对白叶枯病和稻瘟病的应答中发挥着重要的功能。WRKY转录因子作为植物所特有的一类转录因子,其介导的抗病基因调控机制也在水稻抗病系统中扮演着重要角色。在拟南芥的研究中,AtMKS1(Arabidopsis thaliana mitogen-activated protein kinase 4 substrate 1)作为 AtMPK4 的底物通过直接与WRKY转录因子互作将这两条信号通路衔接起来,完成抗病信号传递。本研究分析了水稻中两个AtMKS1的同源蛋白,OsMKS1和OsMKS2,在MAPK级联重要成员OsMPK6介导的信号路径中如何将抗病信号传递给下游转录因子。首先我们发现OsMKS1和OsMKS2同属于水稻VQ基因家族,编码两个细胞核定位蛋白;OsMKS1和OsMKS2都可以通过氨基端(N-端)和OsMPK6在细胞核中互作,OsMKS1还可以和自身或OsMKS2形成二聚体。磷酸化实验结果显示,OsMKS1和OsMKS2都是OsMPK6的磷酸化底物,且磷酸化位点主要位于蛋白的羧基端(C-端)。利用农杆菌介导的遗传转化法在粳稻品种中花11中分别超量表达OsMKS1和OsMKS2,共分离检测结果显示,超量表达OsMKS1,植株对白叶枯病的抗性增强;超量表达OsMKS2,植株除了对白叶枯病的抗性显著增强之外,还出现了矮化表型。抗谱鉴定结果显示这两个基因介导的水稻对白叶枯菌的抗性都具有广谱性。利用CRISPR技术对这两个基因进行敲除发现,敲除OsMKS1的植株对白叶枯病的敏感性增强。综合以上这些结果,我们认为OsMKS1和OsMKS2作为OsMPK6的底物以二聚体的形式正调控水稻对白叶枯病的抗性反应。这也是与拟南芥AtMKS1所不同的作用机制;另外,OsMKS2可能还参与水稻对生长发育的调控。为了进一步寻找从两个MKS处接收抗病信号的下游蛋白,我们用OsMKS1和OsMKS2筛了拟南芥转录因子文库,再结合同源序列比法,最后在水稻中锁定了 5个候选的WRKY转录因子,并通过酵母双杂交进一步确认了 OsMKS1和OsMKS2都可以通过VQ结构域和这5个WRKY转录因子结合。因此我们认为两个MKS蛋白可能是OsMPK6和WRKY转录因子介导的不同信号通路之间的“桥梁”蛋白。另外,结合酵母单杂交和表达量检测结果,我们还发现在这个信号传递过程中,OsMKS1和OsMKS2可能会通过和WRKY转录因子的结合负反馈调节OsMPK6的表达。作为植物所特有的一个蛋白家族,近几年来,在拟南芥中,陆续有VQ家族成员参与抗逆反应和生长发育调控的报道,并且其中很多都是通过WRKY转录因子介导的信号通路发挥功能的。由于本研究中的OsMKS1和OsMKS2都属于水稻VQ基因家族,所以我们也对水稻VQ家族成员对不同类型病原菌(白叶枯病菌、细菌性条斑病菌、稻瘟病菌)的响应情况做了全面的分析。结果显示,部分VQ基因对不同病原菌的侵染表现出不同、甚至相反的响应。另外,通过进化分析、表达模式分析、与参与抗病反应的WRKY转录因子的共表达分析,我们发现一些受病原诱导的VQ基因与WRKY基因之间存在密切的共表达关系。综合以上这些实验结果,我们认为VQ家族的基因可能参与水稻对不同类型病原菌的不同抗性反应,而且部分VQ蛋白可能通过与WRKY转录因子的合作共同调控水稻抗病反应。