[发明专利]大豆GmSGT基因和其5"UTR的克隆及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因及其编码蛋白和基因的5’UTR，特别是涉及一个来源于大豆的具有氨基转移酶功能的抗病基因及其编码蛋白与其在培育抗病性提高的植物中的应用。 

背景技术

细菌及真菌是危害农作物的主要病原菌。虽然目前对某些病害已找到有效的防治方法，但对大多数严重危害农作物生长的病害尚无切实有效的防治措施。培育抗病品种是防治植物病害的根本措施。但由于病原菌变异迅速，可供利用的抗原匮乏，常规育种的作用受到很大程度的限制。随着分子生物学、植物病理学及基因工程技术的迅猛发展，运用基因工程手段提高植物的抗病性为抗病育种开辟了一条崭新途径。 

Taler等对印度野生、高抗霜霉病甜瓜品种P1进行遗传学研究发现，P45蛋白与抗病性紧密连锁(PlanteR Genes That Encode Photorespiratory Enzymes Confer Resistance against Disease The Plant Cell，Vol.16，172-184，January 2004)。根据P45蛋白部分氨基酸测序结果，设计简并引物，利用RT-PCR的方法克隆得到两个编码P45蛋白的eR基因，分别命名为At1和At2。At1和At2核苷酸序列的同源性为88％，氨基酸序列同源性为93％。研究发现At1和At2不属于任何一类已知的eR基因，其编码蛋白与丝氨酸乙醛酸氨基转移酶(Ser glyoxylate aminotransferase，SGT)、丙氨酸乙醛酸氨基转移酶(Ala glyoxylate aminotransferase，AGT)氨基酸序列同源性均大于80％。酶学活性分析实验发现，植物抗、感病性与SGT、AGT的酶活有直接相关性，高抗品种中SGT、AGT酶活最高，接近100％，中抗品种中酶活大约70％，感病品种中酶活则低于25％。 

Taler等将At1或At2基因转入感病品种，感病品种即获得抗病性，同时，SGT、AGT和乙醇酸氧化酶(glycolate oxidase，GO)的酶活性均显著提高(Plant eR Genes That Encode Photorespiratory Enzymes ConferResistance against Disease The Plant Cell，Vol.16，172-184，January 2004)。推测SGT和AGT可能具有提高GO活性的功能。经检测，抗病植株中GO的活性是感病植株中GO活性的10-20倍。SGT、AGT和GO是植物光呼吸中的关键酶，它们都在植物的过氧化物体中起作用。在过氧化物体中，GO催化乙醇酸向乙醛酸转化并产生H₂O₂，而SGT、AGT分别以丝氨酸和丙氨酸作为氨基供体，催化乙醛酸向苷氨酸转化。SGT、AGT、GO协同作用导致植物体内H₂O₂的产生和积累。已知H₂O₂在植物抗病过程中起很重要的作用，H₂O₂不仅能够直接杀死病原菌(Peng & Kuc，Phytopathol.82：696-699，1992)，还可通过诱导细胞壁结构蛋白的氧化交联阻止病菌的侵入(Bradley et al.，Cell70：21-30，1992；Brisson et al.，Plant Cell 6：1703-1712，1994)及通过激活水杨酸合成以诱导防卫基因的表达，使植物产生系统获得性抗性(Leon et al.，PlantPhysiol.108：1673-1678，1995；Chen et al.，Science 162：1883-1886，1993)。悬浮细胞试验证明H₂O₂能激活植保素的合成(Apostol et al.，Plant Physiol.90：109-116，1989；Davis et al.，Phytochem.32：607-611，1993； Degousee et al.，Plant Physiol.104：945-952，1994)。在近来的研究中还发现在不亲和的植物—病原互作中氧化激增产生的H₂O₂不仅可作为区域信号导致细胞死亡，而且还可作为扩散信号诱导周围未侵染细胞中防卫基因如谷胱甘肽S转移酶基因的表达(Levine et al.，Cell 79：583-593，1994)。 

上述研究表明，eR基因对病原菌没有种属专化性，是具有氨基转移酶活性的酶学抗病基因。