[发明专利]植物代谢物输出基因启动子

说明书

本发明涉及调节类似于蒺藜苜蓿(Medicgo truncatula)结瘤素21(MtN 21)的基因转录的启动子序列。本发明的MtN21-样基因的启动子用于控制 在植物根部中任何感兴趣的核酸的转录。特别地，本发明的启动子可用于 控制那些抑制植物寄生性线虫繁殖的核酸的转录。

发明背景

植物寄生性线虫是微小的蠕虫样动物，其以超过2,000种农作物、蔬 菜、水果和观赏植物的根、叶和茎为食，导致全世界估计1000亿美元的农 作物损失。一种线虫的常见类型是根结线虫(RKN)，其觅食引起根部特征 性的虫瘿。其它觅食根部的线虫是孢囊和斑(lesion)-类型，其更具有宿主特 异性。

目前线虫遍及美国，但是在西部和南部的温暖潮湿地区和在砂质土中 成为主要问题。大豆孢囊线虫(SCN)，大豆异皮线虫(Heterodera glycine)， 是1954年在美国北卡罗来纳州第一个被发现的。它是大豆植物最严重的害 虫。一些地区被SCN重度侵染，以至于在没有控制手段情况下，大豆生 产在经济上不再可能。虽然大豆是受SCN侵袭的主要经济作物，但SCN 寄生于总共大约五十种宿主，包括农田作物、蔬菜、观赏植物和杂草。

线虫损害的症状包括矮化和叶的黄化，以及在炎热时期期间的植物萎 蔫。然而，包括SCN的线虫在没有明显的上述地面征状情况下可以引起重 大的产量损失。此外，受SCN感染的根部变得矮小或者矮化。线虫侵染可 以减少根部上的固氮瘤数量，且可能使得根部更容易受其它土传植物病原 体的侵袭。

线虫的生活周期具有三个主要阶段：卵、幼体和成体。生活周期在线虫 种类之间不同。例如，SCN的生活周期在适宜条件下可以在24至30天内 完成，而其它物种可用一年或更长的时间来完成生活周期。在春天当温度 和湿度水平变得充足时，蠕虫形状的幼体从土壤里的卵中孵化而来。这些 幼体是线虫可以感染大豆根部的唯一的生活阶段。

SCN的生活周期已成为许多研究的课题，因此可被用作了解线虫生活 周期的例子。在穿透大豆根部之后，SCN幼体移动穿过根部直到它们接触 维管组织，它们停在那里并开始觅食。线虫注入分泌物以修饰某些根细胞 且将它们转变成专门的觅食部位。根细胞在形态上被转变成大的多核合胞 体(或者在RKN情况下的巨大细胞)，其用作线虫的营养物来源。活跃觅食 的线虫因此从植物中窃取必需的营养物导致产量损失。当线虫觅食时，它 们膨胀，最后雌性线虫变得如此之大以至于它们突破根部组织且暴露于根 部的表面上。

在一段时期觅食之后，不是膨胀为成体的雄性SCN线虫从根部移出进 入土壤中，并使柠檬状的成体雌性受精。然后雄性死亡，而雌性仍附着于 根系且继续觅食。在膨胀的雌性内的卵开始发育，最初在体外的一团或者 卵囊中，然后随后在体腔内。最后成体雌性的整个体腔充满了卵，雌性线 虫死亡。充满了卵的死亡的雌性躯体被称为胞囊。最后胞囊移出，在土壤 中游离地被发现。胞囊的壁变得很坚韧，为内含的大约200至400个卵提 供极好的保护。SCN的卵生存在胞囊内直到合适的孵化条件发生。虽然许 多卵可能在第一年内孵化，但也有许多在胞囊内要生存好几年。

线虫自身每年可以通过土壤移动仅几英寸。然而，线虫侵染可以用各 种方式遍布相当大的距离。可以移动受侵染土壤的任何物质都能够传播该 侵染，包括农业机械、交通工具和工具、风、水、动物和农场工人。种子 大小的土壤颗粒经常污染收获的种子。因此，当将受侵染田地中的受污染 的种子种植在未受侵染的田地时，线虫侵染可被传播。甚至有证据表明某 些线虫种类可以通过鸟类传播。不幸的是，在这些因素中仅有一些可被阻 止。

管理线虫侵染的传统实践包括：在线虫侵染的土地中保持合适的土壤 养分和土壤pH水平；控制其它的植物病害，像昆虫和杂草害虫；使用卫 生设施实践例如对SCN侵染的田地的耕作、种植和栽培只在非侵染田地工 作之后；在侵染的田地中工作之后用高压水或者蒸汽彻底清洗设备；不使 用在受侵染的土地上生长的种子种植非侵染的田地，除非该种子已经被适 当地清洗；翻转受侵染的田地并用非宿主作物替换宿主作物；使用杀线虫 剂；和种植抗性植物品种。