摘要
水稻是全球最重要的粮食作物之一。在生长发育过程中，水稻会遭遇各种病原菌的侵染，其中稻瘟病和纹枯病是严重威胁水稻生产的全球性真菌病害。在水稻中导入抗性基因可有效提高抗病性，但是，植物通常具有“产量-抗性平衡”的现象，抗性基因的激活，往往会影响产量。因此，发掘与利用可以协调产量和抗性的基因资源，有效控制病害、减少产量损失、降低农药使用，是保障水稻高产抗病最经济环保的方法。在前期工作中，我们发现水稻中一个长度为 24nt的非编码微小 RNA（microRNA, miRNA）——miR1871，负调控稻瘟病抗性和单株产量。miR1871抑制其靶基因MFAP1的表达，突变mfap1导致稻瘟病抗性和单株产量均降低。但是，MFAP1 协调水稻抗性与产量的机制尚不清楚。本论文中，我们通过遗传学、植物病理学、生物化学和分子生物学等实验技术，对MFAP1在调控水稻稻瘟病和纹枯病抗性以及产量性状中的作用进行了分析，对其作用机制进行了初步解析。获得以下结果： 1、MFAP1存在两个转录本 我们发现MFAP1存在两个转录本，MFAP1.1和MFAP1.2。MFAP1.1编码一个长度为76个氨基酸的蛋白，MFAP1.2编码一个长度为137个氨基酸的蛋白。两个转录本在全生育期的表达模式不同，对稻瘟菌的响应也不同，编码蛋白在细胞中的定位也不同，提示 MFAP1.1 和 MFAP1.2 在调控抗性和产量性状中发挥不同作用。 2、过表达MFAP1.1提高稻瘟病和纹枯病抗性 MFAP1.1 正调控水稻稻瘟病和纹枯病抗性。过表达 MFAP1.1 的转基因材料（OXMFAP1.1）划伤接种稻瘟菌和病圃抗性检测结果证明，过表达MFAP1.1增强稻瘟病抗性；大田接种纹枯菌的实验结果也证明，过表达 MFAP1.1增强纹枯病抗性。 3、过表达MFAP1.1增加水稻分蘖，部分恢复miR1871影响的产量性状 田间农艺性状考察数据证明，OXMFAP1.1的有效分蘖数增加，但由于结实率下降，单株产量与对照 NPB 相比无明显变化。在 OX1871 材料背景下过表达MFAP1.1（OX1871/OXMFAP1.1），可回补过表达 miR1871所造成的有效分蘖减少和单株产量降低。 4、MFAP1.1与POD蛋白互作并影响POD累积 在稻瘟菌侵染条件下，我们通过免疫沉淀-质谱联用实验技术，筛选了与MFAP1.1互作的蛋白，初步筛选出POD。MFAP1.1和POD均定位于细胞壁附近。Pull-down 实验证明 MFAP1.1 与 POD 蛋白互作。通过烟草报告系统，证明MFAP1.1表达增加会促进POD转录，且影响POD蛋白累积。POD响应稻瘟菌侵染，但其对水稻抗病性和产量的影响目前未知。 5、过表达MFAP1.2增强水稻对稻瘟菌的感病性并促进水稻分蘖 MFAP1.2负调稻瘟病抗性。过表达MFAP1.2的转基因材料（OXMFAP1.2）对稻瘟菌的感病性增强；相反，敲除材料 mfap1.2 稻瘟病抗性增强。但是， OXMFAP1.2和mfap1.2对纹枯病的感病性与对照无显著差异，提示MFAP1.2不影响纹枯病抗性。田间产量性状初步分析结果显示，过表达 MFAP1.2可增加水稻有效分蘖。 6、MFAP1.2与HSP17.9A互作并抑制HSP17.9A蛋白累积 通过酵母双杂筛库实验结果发现，MFAP1.2 与 HSP17.9A 互作。通过免疫共沉淀（Co-IP）实验、双分子荧光互补实验、荧光素酶互补实验证明 MFAP1.2 和HSP17.9A在细胞核内互作。通过Pull-down实验证明MFAP1.2和HSP17.9A在体外互作。烟草瞬时表达实验证明，提高 MFAP1.2表达水平会导致 HSP17.9A蛋白定位发生改变，蛋白累积减少。HSP17.9A响应稻瘟菌侵染，但其在调控水稻抗病性和产量中的功能目前未知。 综上所述，MFAP1 的两个转录本编码的蛋白在水稻中行使不同的功能。MFAP1.1增强水稻多病害抗性，促进分蘖增加；MFAP1.1与POD蛋白互作，共定位于细胞壁附近，抑制POD蛋白累积；相关互作机制和下游信号通路还需进一步研究。MFAP1.2负调稻瘟病抗性，MFAP1.2与 HSP17.9A蛋白在细胞核内互作并抑制 HSP17.9A 蛋白累积，但互作机制及下游信号通路还需进一步研究。该研究揭示了一个基因的不同转录本发挥不同功能，共同协调水稻产量和抗性平衡，为水稻高产抗性研究提供了新的理论基础和备选基因资源。
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