[发明专利]运用比较基因组学快速鉴定荠菜抗白粉病基因

说明书

技术领域

本发明是借助于荠菜测序全基因组序列，利用植物比较基因组学、遗传学、生物信息学和候选基因策略等方法快速鉴定荠菜白粉病基因，主要涉及到荠菜全基因组序列的下载，候选基因的鉴定，基因的比对，聚类等手段，进而鉴定出白粉病基因，属于植物生物技术科学领域。 

背景技术

荠菜为十字花科荠菜属中一、二年生草本植物。原产中国，目前遍布世界。荠菜的病害包括由真菌、细菌和病毒引起的多种病害。白粉病是由专性活体寄生真菌引起，在大田和温室保护地荠菜栽培生产中广泛发生，喷洒杀菌剂和种植抗病品种是防御此病的主要方法。但长期使用杀菌剂会危害环境安全，且易引起病菌小种变异产生拮抗作用。推广种植抗病品种是安全、环保和高效的控制策略。常规育种实践中，对于抗白粉病材料的选择是十分困难的：一方面选育周期长，需要经历杂交和回交复杂的选择程序；另一方面白粉病的发生受到很多因素的综合影响，例如：温度、湿度和病菌小种等，鉴定抗性材料的过程不容易控制。因此，挖掘白粉病基因将可以加快选育抗性品种的进程。根据文献查找，发现我国荠菜白粉病菌种分化研究资料较少，工作滞后，这无形中阻碍了克隆荠菜抗病基因的工作步伐。 

目前。研究学者对荠菜白粉病的抗性遗传研究结果较少，MLO型抗病基因是植物特异的一类抗病基因。人类最早发现MLO抗性始于1937-1938年，德国人在埃塞俄比亚采集了很多品种的大麦，其中的两个株系对白粉病菌(Biumeriograminisfs P.hordei，Bgh)所有已知的生理小种都具有高效抗性。进一步研究表明，大麦MLO基因的隐性突变mlo可以使大麦对几乎所有已知大麦白粉病菌的生理小种产生持久、广谱的抗性。最近，研究者发现很多植物的白粉病基因都是MLO型抗病基因控制，如番茄，豌豆、拟南芥、蔷薇、辣椒、百脉根等等。因此挖掘植物中的MLO型抗病基因对植物抗白粉病育种具有重要的作用。 

目前，常用挖掘抗病基因常用的方法有图位克隆，转座子标签等方法。但是由于荠菜的基础研究不够深入，因此利用这些方法不仅时间长而且很难准确地克隆这些基因。因此，如何快速鉴定荠菜中的MLO型抗病基因将成为荠菜抗白粉病育种的重要前提。 

植物比较基因组学(Comparative Genomics)是基于基因组图谱和测序基础上，对已知的基因和基因组结构进行比较，来了解基因的功能、表达机理和物种进化的学科。利用模式植 物基因组与其它植物基因组之间编码顺序上和结构上的同源性，克隆其他植物基因，揭示基因功能和分子机制，阐明物种进化关系及基因组的内在结构。本专利所采用的方法及思路：模式植物拟南芥基因组研究已经揭示了MLO型基因的功能，利用基因其顺序上的同源性克隆荠菜MLO型抗病基因，根据模式植物拟南芥实验系统上的优越性和已知MLO型抗病基因的特点，快速“捕捉”荠菜抗白粉病基因。本专利介绍了以荠菜全基因组序列为前提，结合比较基因组学、遗传学、基因组学、生物信息学和候选基因策略等知识，快速挖掘白粉病基因。 

发明内容

技术问题 

本发明的目的是提供一种通过结合植物比较基因组学、植物遗传学、基因组学和生物信息学等知识，快速挖掘荠菜抗白粉病基因。其结果一方面可用于荠菜白粉病基因紧密连锁分子标记的开发，进行分子标记辅助选择育种，另一方面也为其他作物白粉病基因鉴定提供参考依据。 

技术方案 

主要原理：第一个植物抗白粉病基因(MLO)是从大麦中克隆的，研究发现此基因是一类特殊的抗病基因，不同于先前克隆的大多数NBS(nucleotide-binding site)类型抗病基因；随后，研究者相继从番茄、拟南芥、豌豆、辣椒、百脉根等植物中克隆了白粉病基因，研究发现这些基因编码的都是MLO型抗病基因。随后，众多研究者通过多次试验证实MLO型抗病基因已经成为植物特有的一类抗白粉病基因。进一步发现，植物MLO类型基因是一个基因家族；而且对来源于不同物种的MLO基因家族进行系统发育关系分析发现，不同物种中抗白粉病基因总是聚类一起，成为一类，这一类MLO基因都具有抗白粉病基因序列的典型特征。荠菜基因组测序的完成为挖掘白粉病基因提供了一条便利途径。因此，可以借助于已经测序的荠菜全基因组中MLO基因家族和已经克隆的MLO白粉病基因的系统发育关系以及对于维持白粉病基因MLO重要功能的氨基酸保守性来鉴定荠菜白粉病基因。