[发明专利]大麦抗白粉病基因快速鉴定

说明书

技术领域

本发明是借助于大麦测序全基因组序列，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大麦白粉病基因，主要涉及到大麦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

大麦属于禾本科大麦属谷类植物。具有坚果香味，碳水化合物含量较高，蛋白质、钙、磷含量中等。在北非及亚洲部分地区，大麦是主要食物之一。此外，大麦麦秆柔软，多用作牲畜铺草，也大量用作粗饲料。大麦白粉病主要发生在潮湿和半潮湿地区。可侵害其地上部各器官，但以叶片和叶鞘为主，发病重时颖壳和芒也可受害。发病初期，叶面出现1～2mm的白色霉点，后逐渐扩大为近圆形值椭圆形白色霉斑，霉斑表面有一层白粉。后期病部霉层变为灰白色至浅褐色，病斑上散生有针头大小的小黑粒点。大麦白粉病可造成20％以上的产量损失。通常，病害的防治主要靠喷洒杀菌剂，但长期使用药物会导致环境污染和病菌生理小种变异，因此推广抗病品种是最安全有效的方法。 

人类最早就是在大麦中发现MLO的，在研究中发现这种基因在抗白粉病品种中没有功能，将拟其沉默使其不发挥功能时，该品种能对白粉病产生抗性。研究者最早发现MLO基因对白粉病抗性是始于1937-1938年，由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(Blumeria.graminisf.sp.hexlei，Bgh)所有己知的生理小种都具有高效抗性。进一步研究表明，大麦中MLO基因的隐性突变mlo可以使大麦对几乎所有己知大麦白粉病菌的生理小种产生持久、广谱的抗性。 

MLO基因是植物中特异的一类基因，抗病基因是植物防御体系中的最重要组成部分。“基因对基因”理论认为：植物具有的显性抗病基因(Resistance gene，R)与病原物具有的相应显性无毒基因(Avimlence gene，Avr)通过各自编码产物直接或间接地专化地识别，进而诱导寄主防卫基因的表达，使病原菌生长和增殖受到抑制，植物表现为抗病；如果寄主植物没有相应的r基因，或病原菌没有相应的Avr基因，寄主植物则因不能有效识别病原物而不能引发防卫反应，导致病原物成功侵染并大量繁殖，植物表现为感病。最近，研究者发现很多植物的 抗白粉病基因都是MLO型基因控制，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。己有的研究表明，MLO基因在许多作物里呈家族形式，具有多个家族成员，其中拟南芥中有15个家族成员。在玉米中发现至少有9个。在水稻中有12个家族成员，由于其他植物的全基因组测序上作的滞后等因素，在大麦，小麦、莲藕、辣椒、番茄等作物上相对很少有MLO家族其它成员被发现。因此，这类基因在改善植物抗性方面具有很大的潜力和应用前景。目前，克隆植物抗病基因的方法主要有转座子标签法、图位克隆法等。因此，如何快速鉴定大麦中的MLO型抗病基因将成为大麦抗白粉病育种的重要前提。 

植物比较基因组学是通过对系统发育的代表性物种之间的全方位基因和基因家族的比较分析、构建系统的遗传图谱，来揭示基因、基因家族的起源和功能及其在进化过程中复杂化和多样化机制的学科。植物比较基因组学(comparative genomics)，又称为比较遗传学源于利用分子标记(主要是RFLP标记)对基因组进行作图。利用不同物种基因组之间功能区域顺序上、组织结构上的同源性，克隆新基因，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。植物比较基因组学的重要性在于它把不同的学科、不同的生物种类联系在一起，架起了基础研究和应用研究之间的桥梁。跨种、跨属、跨界的基因组比较对我们了解基因及基因组的结构、基因结构与功能的关系及DNA变化如何导致生物多样性等有十分重要的意义。 

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大麦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”大麦抗白粉病基因。本专利介绍了以大麦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。 

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