水稻是全世界最重要的粮食作物之一。水稻在整个生长周期中会受到各种病原菌的侵染,引发多种病害如稻瘟病、纹枯病和白叶枯病等。近年来,随着高产杂交水稻的推广种植,稻曲病发病越来越严重,已经成为水稻的主要病害之一。稻曲病特异为害水稻花器官,不仅造成产量和品质下降,而且产生真菌毒素,危害人畜健康。因此,稻曲病也受到了越来越多的关注和重视。然而,目前抗稻曲病的水稻品种和基因资源十分缺乏,迫切需要挖掘与利用稻曲病抗性资源,为绿色防控稻曲病提供理论和技术支撑。实验室前期研究发现,一个编码蛋白酶体成熟因子的基因OsUMP1,能通过调控水稻蛋白酶体的生物合成与活性来增加病原菌侵染位点的过氧化氢积累,从而提高水稻对多种病害(稻瘟病、纹枯病和白叶枯病)的广谱抗性。然而,尚不明确该基因是否在水稻花器官中表达、是否能提高水稻对稻曲病的抗性。本论文围绕OsUMP1在稻曲病抗性中的作用展开研究,取得的主要研究结果如下:(1)水稻颖花中OsUMP1的表达响应稻曲病菌的侵染对抗病水稻雅恢2115(R2115)和感病水稻蒲江6号(Pu6)接种稻曲病菌,利用RT-q PCR分析OsUMP1的表达模式,发现OsUMP1在R2115中受稻曲病菌诱导表达,显著高于感病材料Pu6中的表达,说明OsUMP1可能参与水稻对稻曲病的抗性。(2)过表达OsUMP1增强水稻颖花对稻曲病菌的免疫将R2115中的OsUMP1基因区与自身启动子(UMP1~(R2115))或35S启动子(UMP1~(35S))连接,导入至稻曲病感病水稻TP309中,显著提高水稻颖花中Ohttps://www.selleck.cn/products/Gemcitabine-Hydrochloride(Gemzar).htmlsUMP1的表达水平,增加26S蛋白酶体的含量与活性;继而降低活性氧清除相关酶POD和CAT的含量与活性,导致过氧化氢的积累增加,从而抑制稻曲病菌生长。该结果说明,OsUMP1通过26S蛋白酶体-活性氧清除酶-H_2O_2途径增强水稻对稻曲病的抗性。(3)敲除OsUMP1可能通过改变水稻穗部性状提高稻曲病抗性利用CRISPR-Cas9技术获得osump1敲除突变体,接种稻曲病菌发现,osump1颖花中的免疫反应虽然被削弱,但穗部性状发生了明显改变:与野生型TP309相比,穗子直径显著减小,孕穗末期旗叶和倒二叶之间的夹角显著增加,破口时间提前,穗鞘紧密性降低。我们推测,这些穗部性状的改变,可能导致穗鞘内的湿度降低,从而减少稻曲病的发生。该结果说明,稻曲病的抗性受穗部性状和颖花免疫共同影响。(4)过表达OsUMP1不影响水稻产量而敲除OsUMP1增加水稻产量biogenic nanoparticles对UMP1~(R2115)过表达和osump1突变体进行产量性状分析发现,与对照TP309相比,UMP1~(R2115)过表达水稻的有效穗数、每穗实粒数、千粒重和单株产量没有明显变化。然而,osump1突变体的有效穗数增多,每穗实粒数增加,使单株产量显著增加。综上所述,本论文发现OsUMP1正调控水稻对稻曲病菌的免疫,过表达OsUMP1能提高水稻对稻曲病抗性。有趣的D-Lin-MC3-DMA浓度是,敲除OsUMP1削弱了水稻颖花的免疫,但仍然显著增强水稻对稻曲病的抗性。究其原因可能是,敲除突变体穗部性状发生改变,导致稻曲病发病环境条件不充分,从而表现为抗病。由于OsUMP1过表达或敲除均不损失水稻产量,因而该基因具有很好的应用潜力。本研究为稻曲病抗病育种提供了新的基因资源与理论依据。