利用T-DNA插入突變體探討水稻基因之功能-抗病能力異常突變體M0023454基因功能之研究

摘要

M0023454為T-DNA插入的水稻(Oryza sativa L. cv. Tainung 67)突變株。在本實驗室過去研究中指出，M0023454在水稻生長第六十到七十天期間開始，會出現嚴重的稻熱病病斑，並且在榖粒黃熟期間，整株出現枯萎的現象。稻熱病在台灣，為受到真菌類病原菌Pyricularia oryzae Cavara寄生所引起，在溼度高的情況下，有利病原菌胞子發芽，入侵植物組織，嚴重影響水稻收成。進一步分析M0023454突變株後代的基因型與農藝性狀間的遺傳模式，發現有共分離的現象。經由RT-PCR分析，顯示454-10基因(Os04g32620)的表現量會受到T-DNA構築上之8個CaMV35S增強子而活化。推測454-10的大量表現可能造成植株抵抗病菌能力產生變異。利用植物基因轉殖技術，生產以玉米Ubiquitin啟動子大量表現 454-10基因之水稻轉植株(Ubi::454-10)，以進一步確定M0023454水稻突變株所觀察到之抗病能力異常為454-10基因的活化大量表現所導致，然而Ubi::454-10水稻轉植株並未觀察到易感病徵的性狀。經胺基酸比對及系統演化樹的分析，454-10蛋白內含有一個AP2區域，歸類在AP2/EREBP (APETALA2/ethylene response factor)家族ERF subgroup中的B4 subcluster，主要參與調控防禦病菌入侵的生理反應。與抗病機相關的植物荷爾蒙中，Ethylene、Jasmonic acid和Salicylic acid會誘導454-10的表現；然而Abscisic acid卻會抑制454-10的表現，顯示454-10可能與這些植物荷爾蒙的訊號傳遞有關。分析可能受454-10基因調控的下游Pathogenesis-related (PR)之相關基因表現情形，在沒有病徵之M0023454和Ubi::454-10水稻轉植株葉片，OsPR10a/PBZ1和OsPR1a的表現會受到抑制，然而OsChia1c與TNG67並無明顯的差別，推測454-10基因可能參與OsPR10a/PBZ1和OsPR1a基因的調控。在M0023454突變株中，推測除454-10基因外，尚有其它未知因子共同參與植物病原防禦機制，目前在M0023454偵測到插入點上游12,442 bp處之454-9 (Os04g32610)基因表現亦受T-DNA插入而活化。因此，也進一步將454-9基因大量表現於TNG67中，探討其功能是否與水稻疾病防禦機制有關。