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水稻(Oryzasativa L.)是全球最重要的经济作物和粮食作物之一,水稻的消费量在我国粮食作物中占主导地位,保证水稻产量的稳定和高产对于保证我国粮食安全具有非常重要的战略地位。同时,全球环境继续变暖,极端气候频繁出现,给作物带来很多不可预知的风险。所以,在保证和增加水稻产量的基础上,不断提高水稻抵抗非生物胁迫物和生物胁迫的能力,值得深入研究和探讨。水稻Xa21于1995年被克隆,属于免疫系统相关的类受体激酶,对水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)具有广谱抗性。病程相关蛋白质(Pathogenesis-related proteins,PR)是由植物受到外源病原物侵染或非生物胁迫刺激产生的一类低分子量蛋白质,水稻OsPR1家族属于类丝氨酸羧肽酶(serine carboxypeptidase-like proteins,SCPLs),在水稻、烟草、番茄等中都有发现,其中OsPR1A是最早被鉴定和克隆的病程相关蛋白质之一,可能参与了水稻Xa21介导抗白吐枯病菌信号途径。本研究目的有,第一,研究OsPR1A对水稻农艺性状的影响并了解在非生物胁迫下OsPR1A的表达情况;第二,研究OsPR1A与光响应的关系;第三,通过构建和获得OsPR1a-RNAi和OsPR1a-OX转基因植株,揭示OsPR1A的诱导表达与Xa21介导的白叶枯病抗性的相关性。为实现非Xa21依赖的、非Xoo小种依赖的、非温度和发育时期依赖的长远抗性目标提供理论和试验支持。第四,查找OsPR1a基因在不同部位、不同生长时期的转录情况,探究OsPR1a基因在生长发育过程中的作用。本研究以4021(XA21)为背景转化OsPR1A的RNAi和超表达质粒,构建OsPR1a-RNAi和OsPR1a-OX表达载体,转入水稻4021中,获得OsPR1a-RNAi和OsPR1a-OX转基因植株。通过PCR和免疫印迹(Western blot,WB)分析对转基因植株进行多年筛选,获得阳性纯合植株,对其农艺性状进行分析发现,与野生型相比,转基因植株OsPR1a-RNAi和OsPR1a-OX均出现不同程度的株高降低、穗长变短、分蘖数减少和结实率降低。OsPR1a基因的RNAi和超表达对于水稻农艺性状的影响程度不同,RNAi的影响较大。对水稻幼苗进行冷、热、旱、淹、盐以及不同光照处理,提取全蛋白质并进行WB分析,分析OsPR1A在非生物胁迫下的表达谱,发现在不同逆境中OsPR1A的表达量呈现不同变化趋势,尤其对光照的响应明显,全光照下OsPR1A表达量逐步上升,昼夜交替的光照情况下OsPR1A的表达量保持稳定,全黑暗环境中OsPR1A表达逐渐下降。锡箔纸遮光处理水稻叶片时,遮光部分OsPR1A表达量低于未遮光部分。不同光照处理离体水稻叶片,OsPR1A的表达与活体类似。为了调查OsPR1A在Xa21介导的抗病途径中的功能,对大田中分蘖盛期水稻TP309、4021、OsPR1a-RNAi和OsPR1a-OX进行Xoo接菌处理,结果发现,由于此阶段的水稻植株生长健壮,抗性较强,其病斑长度变化不明显。于是对温室内幼苗期水稻TP309、4021、OsPR1a-RNAi和OsPR1a-OX植株进行Xoo接菌处理,结果发现,病斑长度依次为:TP3 09>OsPR1a-RNAi>4021>OsPR1a-OX,通过WB进一步检测,Xoo的细胞数依次为:TP309>OsPR1a-RNAi>4021-OsPR1a-OX.由此可见,病斑长度与Xoo细胞数呈正比。OsPR1A的表达量依次为:OsPR1a-OX>1024>OsPR1a-RNAi>TP309,即OsPR1A表达量与病斑长度和Xoo细胞数呈反比。OsPR1A在抗病组合(4021-Xoo)中启动迅速,接菌后第2d快速表达,从而抵抗病原菌进一步入侵。在感病组合(TP309-Xoo)中,接菌后第8d才检测到OsPR1A的表达,随着Xoo菌进一步大量侵入,OsPR1A被大量诱导表达,但此时OsPR1A已无法与Xoo菌抗衡,从而表现为感病反应。由此可见,水稻的抗病和感病反应与OsPR1 A启动表达的早晚密切相关。为了进一步明确OsPR1A表达的位置,接菌第6d以病斑线为基点,分段收集水稻叶片,结果表明,OsPR1A的表达出现在抗病组合的菌斑上下各1 cm处,离病斑区域越远OsPR1A表达量越低。Xa21介导的抗性反应与发育阶段和生长温度密切相关。27℃培养条件下,水稻幼苗进行接菌Xoo,表现为抗病反应。在31℃失去获得性抗性,表现为感病反应。通过27℃温度调节完全激活幼苗期的抗性,将促进XA21免疫反应机理的研究。总之,OsPR1A在水稻光响应、Xa21介导的抗白叶枯病反应以及非Xa21依赖的抗性反应中均发挥重要的作用。