2021年2月18日，Plant Biotechnology Journal（影响因子8.15）在线发表了以四川农业大学水稻研究所王爱军博士为第一作者，硕士生舒新月为共同第一作者，郑爱萍教授和李平教授为通讯作者题为“Identification of rice （Oryza sativaL.） genes involved in sheath blight resistance via a genome-wide association study”的研究论文。
水稻纹枯病（Sheath blight disease）是水稻生产中的三大主要病害之一，对水稻产量造成严重的损失。随着我国水稻高分蘖、半矮秆、耐肥、高产品种的推广以及机械化直播栽培技术的应用，近年来水稻纹枯病的发生呈现上升趋势，目前已经发展成为我国分布和危害最广的病害之一。由于水稻抗性资源的稀少及缺乏系统鉴定和挖掘，纹枯病抗性分子育种研究方面处于停滞不前的状态，挖掘水稻纹枯病抗性基因并解析其内在的抗性分子机制对提高水稻品种纹枯病抗性，减轻病害损失具有重要的意义。
该研究通过多年多点对搜集整理的259个水稻品种（含高抗纹枯病的地方品种资源）进行苗期、分蘖期、穗期纹枯病关键发生时期的全基因组关联分析（Genome-wide association study, GWAS），结合不同时空侵染的抗感材料转录组数据及抗性QTL位点分析，鉴定获得653个与水稻纹枯病抗性显著关联的基因。其中，抗性相关基因OsRSR1和OsRLCK5，通过超表达、RNAi干涉分析发现，超表达OsRSR1和OsRLCK5可显著提高水稻对纹枯病的抗性，干涉OsRSR1和OsRLCK5可大幅度降低水稻对纹枯病的抗性。
OsRSR1含有NBS-LRR结构，蛋白质相互作用实验结果表明，其CC结构域通过与水稻丝氨酸羟甲基转移酶OsSHM1互作而影响活性氧（Reactive oxygen species, ROS）水平。qRT-PCR结果显示，超表达OsRSR1转基因株系中多个ROS相关基因的mRNA水平显著增加，同时酶活性检测表明多个抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统（Glutathione-ascorbic acid antioxidant system）相关酶活性显著增加，抗氧化酶构成了能有效清除病原菌侵染产生自由基的循环系统。胞质类受体激酶基因OsRLCK5可通过与水稻谷氧还蛋白GRX20互作而参与抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统，在维持蛋白质的稳定性，生物膜系统结构的完整性及防御膜膜脂过氧化起重要作用，进而提高水稻对高水平ROS的抵抗能力。
综上，该研究结果表明，水稻纹枯病抗性基因OsRSR1和OsRLCK5可通过抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统调节ROS平衡以增强水稻对纹枯病的抗性，该发现可为水稻纹枯病抗性分子育种提供新思路。
该研究受到国家973前期专项（2014CB160304），国家自然基金项目（31400130，31971867），四川省科技厅重点研发项目（2019YFN0010）的资助。前期关于水稻纹枯病菌病原机制及与水稻互作的研究结果已发表在Nature Communications等杂志上。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/pbi.13569
日期：2021-03-04
