水稻α-β水解酶超家族基因组装及其抗稻瘟病机制的基因组学解析

本研究针对水稻抗稻瘟病的关键基因资源匮乏问题，通过生物信息学与转基因技术系统解析了α-β水解酶（ABH）超家族在籼稻中的进化特征与功能机制。研究人员鉴定出41个OsABH成员，发现其扩增与片段复制相关，并通过过表达BGIOSGA016507基因证实其可显著降低稻瘟病菌（Magnaporthe oryzae）侵染后的病斑面积（P<0.001），同时调控水杨酸（SA）等内源激素水平及病程相关蛋白（PRs）表达。该研究为作物抗病育种提供了新靶点。

　　

稻瘟病被称为水稻的"癌症"，由真菌Magnaporthe oryzae引起的这种毁灭性病害，每年导致全球水稻减产高达30%。面对气候变化和病原菌快速进化的双重压力，传统抗病品种的培育已显得力不从心。科学家们将目光投向了植物自身蕴藏的基因宝库——那些在亿万年间进化出的抗病相关基因家族。其中，α-β水解酶（ABH）超家族因其在多种植物生长发育和胁迫响应中的关键作用而备受关注，但它在禾本科作物特别是水稻中的进化规律和抗病功能仍如"雾里看花"。

为了揭开这层神秘面纱，来自中国的研究团队在《Plant Science》发表了开创性研究。他们采用多学科交叉策略，首先通过全基因组尺度鉴定出籼稻中41个ABH成员，运用比较基因组学揭示其与小麦TaABH的密切进化关系（86个共线性基因对）。研究人员锁定关键基因BGIOSGA016507，发现其启动子含有丰富的生物/非生物胁迫响应顺式元件。通过构建过表达株系OE-016507，首次证实该基因可使稻瘟病病斑面积缩小50%以上，同时引发水杨酸（SA）含量在36小时达到228.75 pmol/L的爆发式增长——这是野生型日本晴（NPB）的两倍。这些发现如同拼齐了水稻抗病通路的关键拼图，为设计"基因铠甲"抵御稻瘟病提供了分子蓝图。

研究团队运用了四大关键技术：基于Ensembl Plants和ESTHER数据库的ABH基因家族生物信息学分析；利用重叠PCR技术从水稻地方品种"Acuce"中获取BGIOSGA016507全长序列；通过农杆菌介导法构建过表达转基因株系；结合RT-qPCR和ELISA技术动态监测病原菌侵染后的基因表达与激素水平变化。

【OsABH Superfamily Genes Characterization and Evolution】
系统发育分析显示，籼稻ABH成员可分为5个亚家族，与拟南芥AtABH仅10个共线性基因对相比，其与小麦TaABH共享86对基因，暗示单子叶植物特有的进化保守性。基因复制事件分析表明，片段复制是ABH超家族扩张的主要驱动力。

【Acquisition of Complete Gene Sequence of BGIOSGA016507】
采用两对重叠引物从Acuce L2中扩增出1600 bp和2000 bp的片段，经序列校正获得全长编码序列。单倍型分析揭示该基因在籼稻中存在明显选择偏好性。

【Gene Sequence Acquirement】
启动子分析发现，BGIOSGA016507含有12类胁迫响应元件，包括MeJA、ABA和低温响应元件，暗示其可能整合多种环境信号。

实验数据显示，OE-016507株系在稻瘟病菌侵染后表现出三大特征：病斑面积显著减小（P<0.001）；PR1a和PR10等抗病标记基因表达上调2-5倍；SA、JA等防御激素呈现差异化动态，其中SA在36 hpi达到峰值，与抗病表型高度吻合。

这项研究首次绘制了水稻ABH超家族的进化图谱，证实BGIOSGA016507通过激活SA信号通路增强抗病性。其意义在于：从理论层面，揭示了单子叶植物特有的ABH家族扩张机制；应用层面，提供的基因资源可助力设计抗病分子模块。正如研究者所言，这项成果"为理解水稻与病原菌的军备竞赛提供了新视角"，未来或可通过调控ABH基因网络，培育兼具广谱抗性和产量潜力的"智能水稻"。