文章摘要:代谢基因簇（Biosynthetic Gene Cluster）由多个来源于不同酶家族的基因在染色体上相邻或是相近的位置组成.近十年来的研究发现,许多参与植物防御和具有重要医药价值的植物次生代谢物由植物代谢基因簇编码合成,但对此类基因簇的形成过程、生理功能以及进化等方面知之甚少.本研究综合利用基于代谢物的全基因组关联分析（m GWAS）、体外酶活力测定、植物稳定转化和烟草瞬时表达等多种手段在水稻10号染色体上发现并鉴定了一个芳香族酚胺基因簇——羟基肉桂酰酪胺（HT）基因簇.该基因簇由1个吡哆醇5′-磷酸氧化酶、1个酪氨酸脱羧酶和2个酰基转移酶组成,其终产物羟基肉桂酰酪胺具有植物抗毒素效应,能够显著提高水稻对两大典型病害（白叶枯和稻瘟病）的抗性.比较基因组学证据显示转座子（TEs）在HT基因簇关键组分的组装中发挥重要作用,侧面印证该基因簇的形成兼具"解毒"和"抗病"双重功效.进一步的进化分析表明, HT基因簇在稻属AA基因组分支中特异存在,其关键组分在这些植物中存在基因拷贝数和相对位置的变异.综上,本研究揭示了水稻芳香族酚胺基因簇的生化基础及其在水稻广谱抗性方面的作用,不仅为作物抗性方面的遗传改良提供了新资源,也为植物中代谢基因簇的形成机制和进化模式等方面提供了新的见解.

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