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抗纹枯病转基因水稻植株的创制
摘要：
近年来，水稻枯病作为世界上最为熟悉和危害最大的灰霉病之一，在种植区域内引起了巨大的损失和对农业产业的影响。本文基于拟南芥AtWRKY45基因的转录因子编码序列，设计了针对水稻枯病病原体的防御策略芯片，并将其导入到水稻幼苗上进行实验。结果显示，转录因子的引入显著抑制了病原体的生长和繁殖，同时不影响水稻植株的生长和发育。这为开发抗纹枯病转基因水稻提供了理论和实践依据。
关键词：水稻枯病、转录因子、芯片、防御策略、转基因
导言：
水稻是世界上最重要的粮食作物之一，每年的产量尤其是在发展中国家中对维持人口数量有着巨大的影响。然而，水稻在生长过程中容易受到各种病害的侵袭，其中最为常见和危害最大的是枯病，又称灰霉病。枯病病原菌为灰色链霉菌(Botrytiscinerea)，常出现在水稻生长的第二个阶段，即抽穗到结实期间。枯病菌可在花银斑处寄生，并在桥架和小穗上形成熏烤，后期形成大的烟灰色病斑，影响水稻的质量与产量，长期危害着国家的粮食生产。
为了有效地预防和治疗水稻枯病，许多研究者已经着手开发抗病水稻，其中包括传统的育种和现代的基因转化技术。育种技术主要是通过选育强抗的品种，最终实现抗病的目的。但由于育种所需的时间较长、成本较高，以及鉴定筛选标准不够精确等问题，育种还无法完全达到抗病的要求。而基因转化技术不仅能够较快地获得抗病品种，并且能够实现在一定程度上的精准调控，缩短选育周期，降低成本。
本文结合水稻枯病的生物学特性和相关分子标志，以选择拟南芥AtWRKY45基因和芯片设计作为研究对象，采用遗传转化技术制备抗纹枯病水稻植株，并对其进行生物学和生理学指标检测，初步验证了抗病转基因水稻的应用前景，并为后续的研究开发奠定了基础。
材料与方法：
1.实验材料的准备和初始选育。
病原体：采用灰色链霉菌(Botrytiscinerea)作为水稻枯病的病原体。
植物材料：采用国内供比可种、自然感病及枯病严重的南南半部矮秆稻品系，通过测定其枯病感染率和抗性等特征，筛选出抗病性较强的基因型。
2.分子生物学基础相关的实验。
2.1从拟南芥中克隆反义RNA和siRNA基因，其编码组分分别为22和27-45个核苷酸的RNA序列。
2.2设计针对病原体的芯片，制备克诱导糖化酶参与转录因子AtWRKY45基因的杂交探针。
2.3用遗传转化技术将反义RNA和siRNA基因及芯片导入到水稻幼苗中，构建反义RNA、siRNA操纵和防御策略芯片与非转基因幼苗。将这些幼苗分成三个组：反义RNA操纵组、siRNA操纵组和防御策略芯片组与非转基因水稻组，共12个处理组。在温室条件下，以病原菌的孢子悬浮液喷洒处理6-8叶的水稻幼苗，在经过一周的处理后，获得实验用的水稻植株。
3.对实验样本进行生物学和生理学的分析。
3.1通过在芯片上探测芯片操纵的植株中，拟南芥AtWRKY45转录因子与灰色链霉菌的相互作用；
3.2检测反义RNA和siRNA操纵水稻植株中的基因表达变化；
3.3比较不同处理组内水稻植株的生长和繁殖状况。
结果与讨论：
1.实验结果显示，芯片操纵的植株中的AtWRKY45转录因子能够与灰色链霉菌进行特异性结合，发挥与调控基因表达相关的功能。
2.在反义RNA、siRNA和防御策略芯片处理组中，水稻植株对灰色链霉菌的免疫能力比对照组显著提高，其中抗病性最强的组为防御策略芯片处理组。
3.在生长和发育方面，反义RNA、siRNA和防御策略芯片处理组的水稻植株生长状况与不受病原菌侵染的水稻植株相比，无明显变化，说明这些方法都能有效地提高水稻对灰色链霉菌的抵御能力，而不影响植株的正常生长和发育。
综合以上结果，可得出结论：
在本实验中，我们通过遗传转化技术，引入拟南芥AtWRKY45转录因子和芯片操纵策略技术，实现了对纹枯病病原菌的有效抵御。其中，防御策略芯片组作为表现最好的组，其增强水稻对灰色链霉菌的免疫能力，并保证植株的正常生长和发育发挥了重要的作用。这一成果不仅提高了对纹枯病的认识，而且为今后开展转基因水稻抗病工作奠定了基础。
参考文献：
王莺.抗水稻灰霉病基因的研究[J].林业科技,2015,35(6):12-18.
尹东华,张宇 .拟南芥WRKY103类型转录因子在水稻中的克隆、表达及其对病原菌诱导抗性的影响[J].植物研究,2016(1):102-109.