[发明专利]水稻抗病相关基因GH3-2和它在培育广谱抗病水稻中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域。具体涉及一个水稻抗病相关基因GH3-2的分离克隆、功能验证和应用。GH3-2基因是水稻抗病反应中的正调控因子。超量表达GH3-2基因的转基因植株抵抗白叶枯病、细条病和稻瘟病的能力显著提高。

背景技术

植物在生长的过程中，受到多种病原物的侵害。植物病原物的种类繁多，包括病毒、细菌、真菌和线虫等。病原物侵入植物导致两种结果：(1)病原体成功的在寄主植物内繁殖，引起相关的病症；(2)寄主植物产生抗病反应，杀死病原物或阻止其生长。利用抗性基因资源改良植物的抗病性，是预防病害同时又保护环境的根本出路。

植物的抗病反应是多基因参于调控的复杂过程。参于植物抗病反应的基因分为两类：(1)抗病(主效)基因，又称R(resistance)基因和(2)抗病相关基因。

根据目前人们对抗病基因功能的认识，抗病基因的产物主要是作为受体，直接或间接与病原蛋白相互作用，启动植物体内的抗病信号传导路径(Baker等，1997；Dangl和Jones，2001；Nimchuk等，2001)。抗病基因介导的抗病反应抗性强，是很好的基因资源。但由于下述原因，使利用抗病基因改良植物抗性受到限制：(1)抗病基因的资源有限，如目前知道的抵抗水稻重要病害白叶枯病的抗病基因大约只有30个，抵抗另一水稻重要病害一稻瘟病的抗病基因也只有大约50个；(2)抗病基因具有病原种类和病原生理小种特异性，即一个抗病基因通常只对某一病原的部分生理小种具有抗性，抗病范围有限；(3)因为病原的快速突变，一个抗病基因的作用往往几年或者十几年后就丧失了。

抗病相关基因是指除抗病基因外所有参于抗病反应的基因，它们的编码产物参于合成植物体内抗病信号分子、参于信号传导、阻止信号传导或参于防卫反应等。这类基因的共同特点是病原诱导后它们的表达量升高或减少，因此人们可以根据病原诱导前后基因的表达量的差异大规模地鉴定植物抗病相关基因(Schenk等，2000；Zhou等，2002；Chu等，2004)。目前，人们对抗病相关基因的认识有限。根据已有报道，绝大多数抗病相关基因单独作用时的抗性能力可能比抗病基因小。但根据下述原因，它们是值得大力开发的基因资源：(1)由于绝大多数抗病相关基因的产物不需要直接与病原物相互作用，这类基因是具有持久抗性的基因资源；(2)大多数抗病相关基因参于的抗病反应没有病原特异性，因此它们是具有广谱抗性的基因资源；(3)这类基因的资源丰富。但是，水稻中虽然鉴定了很多抗病相关基因(Zhou等，2002；Chu等，2004)，这些基因在水稻抗病反应中的作用机理、以及单个抗病相关基因是否会引起水稻抗病表型的改变都不清楚。

水稻是世界上重要的粮食作物，但病害的影响常常造成其产量和品质的下降。水稻白叶枯病由白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)引起，是世界上对水稻危害最大的细菌性病害(过崇俭，1995)。水稻细菌性条斑病(细条病)由细条病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzicola)引起，是我国南方稻区的主要病害。稻瘟病由稻瘟病菌(Magnaporthe grisea)引起，是世界上对水稻危害最大的真菌性病害之一(Zeigler等，1994)。发掘和利用优良抗性基因资源改良水稻是控制病害的发生、减少或避免水稻病害所带来的损失最经济有效的措施。

与抗病基因的应用相比，抗病相关基因的应用能提供植物更为广谱及长效的抗性。通过超量表达作为抗病反应正调控因子的抗病相关基因进行水稻品种的改良，将进一步增强水稻的抗病性，拓宽水稻的抗谱。这些方面是采用常规水稻育种和改良技术所不能达到的。

发明内容

本发明的目的是分离克隆水稻中携带的一个抗病相关基因完整DNA片段，并利用超量表达技术通过使目标基因在转基因受体中超量表达鉴定该基因在抗病反应过程中所起作用，为利用这个基因改良水稻品种或其它植物抵御病害的能力奠定基础。这个基因被命名为GH3-2。

本发明涉及分离一种包含GH3-2基因的DNA片段并鉴定其功能，该片段赋予水稻对由白叶枯病菌、细条病菌和稻瘟病菌所引起的病害产生抗病反应。其中，所述片段如序列表SEQ ID NO：1所示，或者基本上相当于SEQ ID NO：1所示的DNA序列，或者其功能相当于SEQ ID NO：1所示序列的亚片段。对GH3-2基因序列进行分析和对GH3-2蛋白质的功能进行分析，确定该蛋白质是一个GH3类的生长素酰胺合成酶。超量表达序列表SEQ ID NO：1所示序列可以增强水稻对白叶枯病、细条病及稻瘟病的抗性。