过表达嗜热毛壳菌Cu/Zn-SOD基因提高转基因水稻三种病害的抗性

摘要

水稻是我国最主要的粮食作物之一，由Xanthomonas oryzae pv.oryzicola(Xoc)引起的细菌性条斑病和由Xanthomonas oryzae pv.oryzae(Xoo)引起的白叶枯病是水稻上两种最主要的细菌性病害，危害严重。由立枯丝核菌(Rhizoctonia solani Kühn)引起的水稻纹枯病近年来发展快速上升，发病面积有超越稻瘟病的趋势。目前未见报道显示有单一抗病相关基因对三种病害同时存在抗性。超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD，EC1.15.1.1)是细胞内的重要抗氧化酶，其活性与植物的抗逆性密切相关。
　　本研究目标为来自嗜热毛壳菌编码热稳定性SOD酶的一个基因CtCu/Zn-SOD（简称CtSOD，GeneBank: DQ493760.1），该基因在毕赤酵母中表达可以提高酵母的多种抗逆能力，但其在作物上帮助抵御生物胁迫的能力尚未见报道。通过构建水稻转基因载体，并利用农杆菌介导的遗传转化体系在水稻中过量表达该基因。共获得10株转基因植株，PCR、GUS染色检测表明其中有8株阳性植株。同时，对转基因株系进行了SOD总酶活的检测，转基因阳性水稻株系相比野生型植株及阴性转基因株系酶活均有显著水平的提高，酶活提高比率在38％到73％之间。对转基因株系分析了对水稻白叶枯病的抗性，T0代及T1代病斑面积均显著降低，且病斑面积的降低与SOD酶活的提高呈正相关。T1代进一步完成了细菌生长曲线的分析，发现病原菌的生长在转基因阳性植株中明显受到抑制。T0代对细菌性条斑病的接种结果显示超量表达CtSOD的株系病斑长度与野生型中花11相比缩短了45％到60％，说明转基因水稻均显著增强了对细菌性条斑病的抗性。T2代对水稻纹枯病的进行了四个株系的接种分析，结果显示转基因水稻同样增强了对真菌病害纹枯病的防御能力。综上所述，本文将外源CtCu/Zn-SOD转入水稻中花11获得了转基因水稻并且得到了SOD酶活明显提高的株系。我们还分析了转基因株系对三种水稻重要病害的抗病性，研究结果显示，转基因水稻对三大主要病害的抗性均达到了显著水平的提高。这些结果表明过量表达外源Cu/Zn-SOD基因能够提高水稻抵御生物胁迫能力，暗示相关转基因株系在生产上具备较宽的抗病谱，有较好的应用潜力。