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為是有效的應對措施，迄今在水稻中已經(jīng)成功克隆了20個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，但有關這些R基因介導的水稻抗病防御反應的分子機制仍然知之甚少。
*遺傳與發(fā)育生物學研究所植物基因組學國家重點實驗室儲成才課題組（http://chulab.genetics.ac.cn,）和中國水稻所水稻生物學國家重點實驗室朱旭東課題組合作，通過對不同水稻突變體庫進行大規(guī)模篩選，獲得兩個不*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過程中出現(xiàn)的超敏反應（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的基因NLS1，該基因編碼典型的CC-NB-LRR類R蛋白。轉基因互補和RNA干擾實驗進一步確認，NLS1的功能獲得性突變導致了突變體特定組織細胞的自主性死亡。與突變體壞死斑形成的模式相一致，NLS1基因在葉鞘上表達zui高，且這種表達同樣具有發(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，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致細胞死亡。
nls1-1D和nls1-2D的突變均是CC-NB-LRR類R蛋白NLS1的NB結構域上單個氨基酸的替換。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），組成性誘導了抗病基因的表達，同時提高了對水稻白葉枯病菌(Xoo)的抗性。與此同時，盡管nls1-1D突變體上壞死斑的表型與其體內(nèi)NLS1轉錄本的大量積累有著一定的相關性，但是過表達野生型NLS1基因并不能誘導自主性壞死斑的形成和抗病相關基因PR1b的表達，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的過量表達所引起。因此，nls1-1D和nls1-2D的突變所引起的單個氨基酸替換導致了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SA水解酶基因NahG，從而獲得相應的SA缺失的轉基因植株，有趣的是，對這些轉基因植株的分析表明，NLS1介導的抗病防御反應并未受到SA的含量和NPR1表達下調(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，這一發(fā)現(xiàn)揭示了水稻R基因介導的抗病防御反應的新機制。
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*和國家自然科學基金委資助。
