[发明专利]一种提高植物抗病性的基因及其应用

说明书

本发明提供一种提高植物抗病性的基因及其应用，属于植物分子生物学与植物遗传工程领域，本发明涉及一种植物源抗病基因ReXEG1及其重组表达载体和应用。该基因来源于烟草，具有SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列，其编码的产物氨基酸序列为SEQ ID NO.3。本发明还提供一种基因沉默和重组表达载体，包括本发明所述的基因ReXEG1。该基因对烟草抗疫霉菌具有关键作用。过表达该基因显著性促进烟草对不同疫霉菌的抗病性，是一种理想的增强植物抗病性的基因。通过遗传转化的方法使该基因在烟草中表达使其获得对多种病原菌的抗性能力，从而可以提高作物田间抗病性。本发明可以运用在作物育种抗病性改良方面。

技术领域

本发明属于植物分子生物学与植物遗传工程领域，具体地说，本发明涉及一种提高植物抗病性的基因及其应用。

背景技术

疫霉菌是一类重要的植物病原菌，其引起的疫病经常在作物上造成严重的危害。其中由致病疫霉(Phytophthora infestans)引起的马铃薯晚疫病，曾造成19世纪爱尔兰和其它部分欧洲国家大饥荒，导致近百万人饿死和数百万人移居他乡。目前，晚疫病仍是制约马铃薯和番茄生产的重要因素，每年在全球造成的经济损失高达30亿美元^[1]。此外，辣椒疫霉(Phytophthora capsici)^[2]和烟草疫霉(Phytophthora parasitica)也是威胁作物安全生产的重要疫霉菌，其寄主范围广，可对番茄、辣椒、烟草等多种茄科植物造成危害。疫霉菌造成的病害具有发病快、流行迅速、对寄主适应性强等特点。在适宜的环境条件下，疫霉菌可在被侵染的植株上迅速蔓延，短期内造成植株的大面积死亡。因此，改良作物品种抗病性，对有效控制疫霉菌病害具有重要的意义。

目前，对植物中抗疫霉菌基因的研究主要集中在一类编码含有核苷酸结合位点(NBS)和富亮氨酸重复(LRR)的受体蛋白基因^[3]。该类基因所编码的NBS-LRR类抗病蛋白作用于植物细胞内，可识别疫霉菌分泌的效应分子激活植物的防卫反应，从而抑制疫霉菌的侵染^[4]。然而植物中NBS-LRR类抗病蛋白和疫霉菌效应分子的识别遵循“基因对基因”假说，即NBS-LRR类抗病蛋白只能识别特定的疫霉菌效应分子。一旦疫霉菌分泌的效应分子发生变异，NBS-LRR类抗病蛋白对疫霉菌的抗病功能就会丧失^[5]。疫霉菌不同小种分泌的效应分子存在多样性^[6]，因而NBS-LRR类抗病蛋白对疫霉菌的抗病性具有小种专化性。随着田间小种组成的不断变化，在植物中克隆到的大部分编码NBS-LRR类抗病蛋白的基因都已丧失了对疫霉菌的抗病作用^[3]。因此，研究开发对疫霉菌具有广谱持久抗病性的基因，是提高作物抗病性的有效途径。

植物中存在大量的细胞膜受体，其结构包括一个胞外域，一个跨膜域和一个胞内域。该类蛋白参与识别侵染过程中病原物或植物所释放的保守的分子模式，激活植物的基础防卫反应，包括：细胞坏死、活性氧迸发、免疫相关基因的表达以及次级代谢产物的合成等^[7]。目前在植物中已克隆到几个编码细胞膜免疫受体的基因，例如FLS2和CERK1^[8-9]。上述这两种模式识别受体分别通过识别细菌的鞭毛蛋白和真菌细胞壁组分几丁质来激活植物的抗病反应。鞭毛蛋白和几丁质分别是细菌和真菌的重要组分，对病原菌致病性具有重要作用^[10]，病原菌很难通过修饰这类保守分子来逃避植物细胞膜受体的识别。因此植物细胞膜免疫受体所介导的植物抗病性具有广谱性和持久性。

XEG1是一种最新鉴定到的病原菌(真菌、卵菌和细菌)中普遍存在的保守的模式分子，可以被植物识别从而激发植物免疫反应^[11]，但目前细胞膜受体如何识别病原菌菌分泌的模式分子对病原菌抗病的作用仍不清楚。

参考文献：

[1]Fry,W.2008.Phytophthora infestans:the plant(and R gene)destroyer.Molecular Plant Pathology,9(3):385-402.