Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác định vị trí chính xác, nhân bản và đặc trưng phân tử của gen Pi-k h ở lúa, giúp kháng lại Magnaporthe grisea
Tóm tắt
Để hiểu được các cơ chế phân tử liên quan đến kiểu kháng bệnh gen-cho-gen, việc thực hiện lập bản đồ gen và vị trí vật lý của các địa điểm kháng là cần thiết nhằm hỗ trợ nhân bản gen kháng dựa trên bản đồ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi báo cáo việc lập bản đồ phân tử và nhân bản một gen chiếm ưu thế (Pi-k h) có mặt trong dòng lúa Tetep, gen này có liên quan đến khả năng kháng bệnh đạo ôn ở lúa do Magnaporthe grisea gây ra. Gen này có hiệu lực chống lại các quần thể M. grisea phổ biến ở vùng Tây Bắc Himalaya của Ấn Độ. Sử dụng 178 dấu hiệu microsatellite đánh dấu chuỗi, vị trí đánh dấu chuỗi, dấu hiệu chuỗi được biểu hiện và dấu hiệu lặp lại chuỗi đơn (SSR) để phân loại một quần thể gồm 208 cá thể F2, chúng tôi đã lập bản đồ gen Pi-k h giữa hai dấu hiệu SSR (TRS26 và TRS33) có khoảng cách lần lượt là 0.7 và 0.5 cM, có thể được sử dụng trong lựa chọn giống lúa kháng bệnh đạo ôn. Chúng tôi đã sử dụng các dấu hiệu này để xác định vùng tương đồng trong chuỗi gen của Oryza sativa cv. Nipponbare, và đã lập một bản đồ vật lý bao gồm hai đoạn lặp chồng của plasmid nhân tạo E. coli và plasmid nhân tạo P1, kéo dài một vùng 143,537 bp trên cánh dài của nhiễm sắc thể 11. Thông qua phân tích tin sinh học, chúng tôi đã xác định một gen ứng viên kháng bệnh đạo ôn trong vùng này, và nhân bản chuỗi tương đồng từ Tetep. Gen Pi-k h khả nghi được nhân bản từ Tetep có chiều dài 1.5 kbp với một ORF duy nhất, thuộc lớp gen kháng bệnh có vị trí gắn nucleotit và lặp lại leucine. Phân tích cấu trúc và biểu hiện của gen Pi-k h cho thấy rằng việc biểu hiện của nó có thể bị kích thích bởi tác nhân gây bệnh.
Từ khóa
#lúa #kháng bệnh #Pi-k h #Magnaporthe grisea #lập bản đồ gen #nhân bản genTài liệu tham khảo
Ahn SW (1994) International collaboration on breeding for resistance to rice blast. In: Zeigler RS, Leong SA, Teng PS (eds) Rice blast disease. CAB International, Wallingford, pp 137–153
Ahn SN, Kim YK, Hong HC, Han SS, Kwon SJ, Choi HC, Moon H, McCouch SR (2000) Molecular mapping of new gene for resistance to rice blast (Pyricularia grisea). Euphytica 116:17–22
Altschul SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Zhang Z, Miller W, Lipman DJ (1997) Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programmes. Nucleic Acids Res 25:3389–3402
Bonierbale MW, Plaisted RL, Tanksley SD (1988) Marker conservation between the tomato and potato species. Genetics 120:1095–1103
Bonman JM, Dedios TIV, Khin MM (1986) Physiologic specialization of Pyricularia oryzae in the Phillippines. Plant Dis 70:767–769
Bryan GT, Wu KS, Farrall L, Jia Y, Hershey HP, McAdams SA, Faulk KN, Donaldson GK, Tarchini R, Valent B (2000) A single amino acid difference distinguishes resistant and susceptible alleles of the rice blast-resistance gene Pi-ta . Plant Cell 12:2033–2045
Chauhan RS, Farman ML, Zhang HB, Leong SA (2002) Genetic and physical mapping of a rice blast-resistance locus, Pi-Co39(t), that corresponds the avirulence gene AVR1-CO39 of Magnaporthe grisea. Mol Genet Genomics 267:603–612
Chen M et al (2002) An integrated physical and genetic map of rice genome. Plant Cell 14:537–545
Chen DH, Dela Vina M, Inukai T, Mackill DJ, Ronald PC, Nelson RJ (1999) Molecular mapping of the blast-resistance gene, Pi44(t), in a line derived from a durably resistant rice cultivar. Theor Appl Genet 98:1046–1053
Craig NL (1996) Transposon Tn 7. Curr Top Microbiol Immunol 204:27–48
Dangl JL, Jones JDG (2001) Plant pathogens and integrated defense responses to infection. Nature 411:826–833
Ellis JG, Lawrence GJ, Luck JE, Dodds PN (1999) Identification of regions in alleles of the flax rust resistance gene L that determine differences in gene-for-gene specificity. Plant Cell 11:495–506
Ewing B, Green P (1988) Base calling of automated sequence tracer using Phred I. Accuracy assessment. Genome Res 8:175–185
Fjellstrom R, Conaway-Bormans CA, McClung AM, Marchetti MA, Shank AR, Park WD (2004) Development of DNA markers suitable for marker assisted selection of three Pi genes conferring resistance to multiple Pyricularia grisea pathotypes. Crop Sci 44:1790–1798
Gu K, Tian D, Yang F, Wu L, Sreekala C, Wang D, Wang GL, Yin Z (2004) High-resolution genetic mapping of Xa27(t), a new bacterial blight resistance gene in rice, Oryza sativa L. Theor Appl Genet 108:800–807
Harushirma Y et al (1998) A high density genetic linkage map of 2,275 markers using a single F2 population. Genetics 148:479–494
Hayashi K, Hashimoto N, Daigen M and Ashikawa I (2004) Development of PCR based SNP markers for rice blast. Theor Appl Genet 108:1212–1220
Inukai T, Nelson RJ, Zeigler RS, Sarkarung S, Mackill DJ, Bonman JM, Takamura I, Kinoshita T (1994) Allelism of blast-resistance genes in near isogenic lines of rice. Phytopathology 84:1278–1283
Jiang J, Wang S (2002) Identification of 118-kb DNA fragment containing the locus of blast-resistance gene Pi-2(t) in rice. Mol Genet Genomics 268:249–252
Jones JDG (1996) Plant disease resistance genes: structure, function and evolution. Curr Opin Biotechnol 7:155–160
Kilian A, Kundan AD, Kleinhofs A, Yano M, Kumata N, Stephenson B, Sasaki J (1995) Rice-barley synteny and its application to saturation mapping of the barley RP91 region. Nucleic Acids Res 23:2729–2733
Kinoshita T (1998) Linkage mapping using mutant genes in rice. Rice Genet Newslett 15:13–74
Kiyosawa S (1971) Gene analysis of blast-resistance in exotic varieties of rice. Jpn Agric Res Quart 6:1–8
Kiyosawa S (1981) Gene analysis for blast-resistance. Oryza 18:196–203
Kosambi DD (1944) The estimation of map distance from recombination values. Ann Eugen 1:172–175
Lander ESP, Green J, Abhrahamson A, Barlow MJ (1987) MAPMAKER: an interactive computer package for constructing primary genetic linkage maps of experimental and natural populations. Genomics 1:174–181
Mackill DJ, Bonman JM (1992) Inheritance of blast-resistance in near-isogenic lines of rice. Phytopathology 82:746–749
McCouch SR (2002) Development and mapping of 2240 new SSR markers for rice (Oryza sativaL). DNA Res 9:193–207
McCouch SR, Nelson RJ, Thome J, Zeigler RS (1994) Mapping of blast-resistance genes in rice. In: Zeigler RS, Leong SA, Teng PS (eds) Rice blast disease. CAB International, Wallingford, pp 167–187
Nasu S, Suzuki J, Ohta R, Hasegawa K, Yui R, Kitazawa N, Monna L and Minobe Y (2002) Search for and analysis of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in rice (Oryza sativa, O. rufipogon) and establishment of SNP markers. DNA Res 9:163–171
Rathour R, Singh BM, Sharma TR, Chauhan RS (2004) Population structure of Magnaporthe grisea from North-western Himalayas and its implications for blast-resistance breeding of rice. J Phytopathol 152:304–312
Saji S, Umehara Y, Antonio BA, Yamane H, Tanoue H, Baba T, Aoki H, Ishige N, Wu J, Koike K, Matsumato T, Sasaki T (2001) A physical map with yeast artificial chromosome clones covering 63% of 12 rice chromosomes. Genome 44:32–37
Sallaud C, Lorieux M, Roumen E, Tharreau D, Berruyer R, Svestasrani P, Garsmeur O, Ghesquiere A, Notteghem JL (2003) Identification of five new blast-resistance genes in highly resistant blast resistant cultivar IR- 64 using a QTL mapping strategy. Theor Appl Genet 106:794–803
Sharma TR, Chauhan RS, Singh BM, Paul R, Sagar V, Rathore R (2002) RAPD and pathotype analysis of Magnaporthe grisea population from North-western Himalayan region of India. J Phytopathol 150:649–656
Sharma TR, Jana TK, Shankar P, Singh BK, Plaha P, Gaikwad K, Singh NK (2003) Development of molecular markers for blast-resistance genes in Oryza sativa. Abstracts of the second international congress on plant physiology, New Delhi, p 484
Sharma TR, Shanker P, Singh BK, Jana TK, Madhav MS, Gaikwad G, Singh NK, Plaha P, Rathour R (2005) Molecular mapping of rice blast resistance gene Pi-k h in rice variety Tetep. J Pl Biochem Biotech 14:127–133
Sun X, Yang Z, Wang S, Zhang Q (2003) Identification of 47-kb DNA fragment containing Xa4, a locus for bacterial blight resistance in rice. Theor Appl Genet 106:683–687
Wang C (1999) Fine and physical mapping of bacterial blight resistance genes Xa 22 (t) and Xa 24(t) in rice (in Chinese). PhD thesis, Huazhong Agricultural University, Wuhan, China
Wang Z, Yamanouchi U (1999) The Pib gene of blast-resistance belongs to nucleotide binding and leucine rich repeat class of plant disease resistance genes. Plant J 19:55–64
Wang XZ, Yamanouchi U, Katayose Y, Sasaki T, Yano M (2001) Expression of the Pi b rice blast-resistance gene family is up-regulated by environmental conditions favoring infection and by chemical signals that trigger secondary plant defenses. Plant Mol Biol 47:653–661
Ward ER, Uknes SJ, Williams SC, Dincher SS, Widerhold DL, Alexander DC (1991) Coordinate gene activity in response to agents that induce systemic acquired resistance. Plant Cell 3:1085–1094
Yoshimura S, Yamanouchi U, Katayose Y, Toki S, Wang ZX, Kono I, Kurata N, Yano M, Iwata N, Sasaki T (1998) Expression of Xa1, a bacterial blight resistance gene in rice, is induced by bacterial inoculation. Proc Natl Acad Sci USA 95:1663–1668
Yu J et al (2002) A draft sequence of the rice genome (Oryza sativa L. ssp. indica). Science 296:79–92
Yu ZH, Mackill DJ, Bonman JM, Tanksley SD (1991) Tagging of blast-resistance in rice via linkage to RFLP markers. Theor Appl Genet 81:471–476
Yu Z, Mackill DJ, Bonman JM, McCouch S, Guiderdoni E, Notteghem JL, Tanksley SD (1996) Molecular mapping of genes for resistance to rice blast (Pyricularia grisea Sacc.). Theor Appl Genet 93:859–863
Zeigler RS, Leong SA, Teng PS (1994) Rice blast disease. CAB International, Wallingford