[发明专利]陆地棉抗病基因及其应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种陆地棉抗病基因及其在培育抗病转基因植物中的应用。本发明还涉及包含所述基因的构建体，含有所述的构建体的重组表达载体，由表达载体转化的植物细胞，以及由转化细胞产生的对病原菌表现高抗性的转基因植物。

背景技术

用化学农药来防治植物病害会带来环境污染问题，且病原菌会产生耐药性。基因工程手段是提高植物的抗病性的新途径。

植物在与病原物长期共同进化过程中，形成了错综复杂的防御机制来抵抗病原物的侵染。在不亲和互作模式中，植物的抗病基因(resistant gene，R gene)识别特异的无毒基因(avirulence gene，avr gene)，产生小种特异性抗性。avr与R基因相互识别后形成的激发子(elicitor)或第二信使ROI(Reactive Oxygen Intermediates，ROI)和水杨酸(Salicylic Acid，SA)能介导产生过敏性反应(Hypersensitive Response，HR)，在侵染部位形成坏死斑，随后经过一系列信号传导激活植物体内的防卫反应，编码病程相关蛋白的基因表达，诱导植物产生系统获得性抗性(Systemic Acquired Resistance，SAR)。

通过对拟南芥突变体的研究，发现了一些与植物防卫反应信号传导相关的基因。NPR1(none expresser of PR gene)、NDR1(non disease resistance)、EDS1(enhanced diseasesusceptibility)、RAR1(requiredfor Mla-specified resistance)、SGT1(suppressor of G2 alleleof SKP1)及Rac1(ras-related C3 botulinum toxin substrate 1)是目前已经鉴定的几个参与植物防卫反应的信号蛋白。这些蛋白本身对病原物没有毒性或抑制作用，但作为信号元件参与不同植物防卫反应途径的调控，这些信号元件的过量表达能提高植物对病原菌的抗性。如在水稻中过量表达npr1对水稻白叶枯病菌的抗性明显提高。组成型表达OsRac1的转基因水稻对水稻稻瘟病表现出很高的抗性。组成型表达海岛棉GbSgt1、GbRar1和GbRac1的转基因烟草对赤星病的抗性明显提高。

npr1最初是从拟南芥中发现的，不同的研究者将其分别命名为npr1，NIM1和SAI1。npr1是SAR途径中的一个中心元件，其作用定位于SA积累之后、SAR基因表达之前。npr1基因在正常植株中有少量表达，当用SA、INA处理或病原菌侵染后，其表达量可提高大约两倍。研究发现，过量表达npr1能提高植物对多种病原菌的抗性，如过量表达npr1基因的转基因拟南芥对细菌Pseudomonas syringae pv maculicao es4326和卵菌病原菌Peronospora parasitica Noco的侵染产生抗性，PR-1等PR蛋白的表达量也提高。

拟南芥的npr1与哺乳动物的转录调控蛋白I-kB[I(kappa)B]具有一定的同源性和相似的结构，均含锚蛋白重复序列(ankyrin repeats，ANK)和行使功能所必须的磷酸化Ser残基，据此认为npr1是哺乳动物I-kB的同源物，推测其作用机理也类似。I-kB是真核生物核因子NF-kB(nuclear factor-kappa B)的抑制剂。I-kB分子含有3-7个锚蛋白重复序列，每个重复序列约33个氨基酸残基。NF-kB是一类具有多功能转录调节作用的核蛋白因子，存在于多种组织和细胞中，具有广泛的生物学活性，激活后参与许多基因的转录调控。在未受侵染的细胞(resting cell)中，NF-kB位于细胞质内，与I-kB单体耦联而无活性(sequestered)，当细胞受到病原物侵染时，I-kB激酶被激活，使I-kB磷酸化，随后NF-kB/I-kB耦联体解聚，NF-kB释放，激活防卫基因的表达。研究发现，npr1通常位于细胞质内，通过分子内二硫键形成寡聚体，当用SA处理或病原菌侵染后，改变细胞内的还原电位(reduction potential)，促使npr1单体化(monomerization)，然后这些单体转运至细胞核中，激活PR基因的表达。