水稻|抗褐飞虱基因定位和基因功能解析
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近期,看到武汉大学何光存团队在水稻抗褐飞虱上取得了丰厚的成果,相关研究论文发表在Nature上。因此,对该团队往年的研究成果进行了追溯,成果如下:

2009年,抗褐飞虱基因的基因定位研究成果发布在PNAS上,名为Identification and characterization of Bph14, a gene conferring resistance to brown planthopper in rice。

利用抗褐飞虱重组自交系RI35和感褐飞虱自交系TN1杂交,对F2群体进行了抗虫性鉴定,F2分离群体的抗感分离比为3:1,说明RI35的抗褐飞虱基因座是单基因显性遗传,通过对F2群体3700单株和F5群体的5000株单株进行定位,将抗虫基因定位在34 Kb区间,区间内有两个候选基因Ra和Rb,对这两个基因的转基因株系T2进行抗虫性鉴定,发现转Ra的转基因材料抗褐飞虱,而转Rb的转基因材料和野生型表型一致,RNAi结果和Crispr结果也一致。因此,将Ra确定为水稻抗褐飞虱基因,命名为bph14。生物信息学分析表明bph14是一个CC-NBS-LRR基因。

序列分析表明,bph14在21份材料中,CC和NBS结构域保守存在,RI35的bph14存在特异的LRR结构域,RT-PCR结果表明,21份材料的bph14表达量没有显著差异,说明是RI35中特异存在的LRR结构域导致了特异的褐飞虱抗性。

Bph14的表达分析表明,bph14在叶鞘、叶片和根中有结构性表达,亚细胞定位表明bph14在细胞质中表达。

RI35和感病材料在被褐飞虱侵染后,SA通路被激活。JA合成相关基因LOX和AOS2表达没有显著差异,SA合成相关基因EDS1,PAD4、PAL和ICS1的表达水平均高于野生型,说明bph14激活了SA通路导致抗虫

2017年,该研究团队在plant cell上发表了名为The Coiled-Coil and Nucleotide Binding Domains of BROWN PLANTHOPPER RESISTANCE14 Function in Signaling and Resistance against Planthopper in Rice 的文章,揭示了bph14各个结构域的功能

2023年在Nature上发表了名为A tripartite rheostat controls self-regulated  host plant resistance to insects的文章

研究提出了一个在抗虫和感虫的调控路径,褐飞虱效应子BISP激活了RLCK185,抑制了感虫材料的基础防御,因此导致感虫;抗虫材料中,BISP进入水稻与BPH14互作,并与细胞自噬受体OsNBR1结合,OsNBR1与OsATG8的进一步结合,最终导致BISP经自噬途径降解。当褐飞虱停止取食后,水稻组织中残留的BISP蛋白在48h内被完全降解,使Bph14介导的抗虫反应强度下降直至终止,恢复水稻的正常生长发育。BISP-BPH14-OsNBR1互作系统精细调控抗性-生长平衡的新机制,既促进了水稻的抗虫功能又能不影响水稻产量。

wuyuankang
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Source: github.com/k4yt3x/flowerhd
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