水稻是近半數(shù)人口zui主要的糧食作物，而其產(chǎn)量經(jīng)受著大量病原微生物或昆蟲的嚴(yán)重威脅，通過利用植物抗病基因（R基因）培育抗性品種一直被認(rèn)為是有效的應(yīng)對措施，迄今在水稻中已經(jīng)成功克隆了20個(gè)R基因，所有這些R基因都是通過品種間的抗性差異篩選鑒定的，但有關(guān)這些R基因介導(dǎo)的水稻抗病防御反應(yīng)的分子機(jī)制仍然知之甚少。
*遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物基因組學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室儲成才課題組（http://chulab.genetics.ac.cn,）和中國水稻所水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱旭東課題組合作，通過對不同水稻突變體庫進(jìn)行大規(guī)模篩選，獲得兩個(gè)不*顯性、葉鞘特異性自主壞死的突變體nls1-1D和nls1-2D。這種自主性壞死斑主要以發(fā)育依賴方式出現(xiàn)在葉鞘上，類似于植物抗病防御反應(yīng)過程中出現(xiàn)的超敏反應(yīng)（hypersensitive response）。
通過圖位克隆方法，儲成才課題組的唐九友博士鑒定到相應(yīng)的基因NLS1，該基因編碼典型的CC-NB-LRR類R蛋白。轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)和RNA干擾實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確認(rèn)，NLS1的功能獲得性突變導(dǎo)致了突變體特定組織細(xì)胞的自主性死亡。與突變體壞死斑形成的模式相一致，NLS1基因在葉鞘上表達(dá)zui高，且這種表達(dá)同樣具有發(fā)育依賴性。另一方面，在沒有出現(xiàn)壞死斑的其他組織同樣檢測到NLS1相對低水平的表達(dá)，表明NLS1可能在特定組織激活特定的抗病防御信號途徑從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。
nls1-1D和nls1-2D的突變均是CC-NB-LRR類R蛋白NLS1的NB結(jié)構(gòu)域上單個(gè)氨基酸的替換。隨著NLS1這一R蛋白的序列改變，nls1突變體內(nèi)積累了高水平的水楊酸（SA, salicylic acid），組成性誘導(dǎo)了抗病基因的表達(dá)，同時(shí)提高了對水稻白葉枯病菌(Xoo)的抗性。與此同時(shí)，盡管nls1-1D突變體上壞死斑的表型與其體內(nèi)NLS1轉(zhuǎn)錄本的大量積累有著一定的相關(guān)性，但是過表達(dá)野生型NLS1基因并不能誘導(dǎo)自主性壞死斑的形成和抗病相關(guān)基因PR1b的表達(dá)，且沒有改變對Xoo病原菌的抗性，表明突變體的表型并非簡單的由NLS1的過量表達(dá)所引起。因此，nls1-1D和nls1-2D的突變所引起的單個(gè)氨基酸替換導(dǎo)致了NLS1蛋白自主性的激活。
為了探討nls1-1D植株中SA的高水平積累是否是下游抗病防御途徑激活的必需步驟，唐九友博士等通過在野生型和nls1-1D突變體中表達(dá)SA水解酶基因NahG，從而獲得相應(yīng)的SA缺失的轉(zhuǎn)基因植株，有趣的是，對這些轉(zhuǎn)基因植株的分析表明，NLS1介導(dǎo)的抗病防御反應(yīng)并未受到SA的含量和NPR1表達(dá)下調(diào)的影響。從而表明，NLS1可不依賴于SA和NPR1信號傳遞途經(jīng)激活下游抗病防御反應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)揭示了水稻R基因介導(dǎo)的抗病防御反應(yīng)的新機(jī)制。
該成果已于3月21日在雜志Plant Journal在線發(fā)表（DOI:10.1111/j.1365-313X.2011.04557.x）。該研究得到了*和國家自然科學(xué)基金委資助。
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