[发明专利]抗白粉病的小麦植物

说明书

本发明涉及使用靶向基因组修饰在小麦植物中赋予增强的病原体抗性。

发明领域

本发明涉及在小麦植物中赋予病原体抗性。

引言

在植物中，对病原的抗性通常由识别事件触发，并且之后是协调的复杂防御反应，导致侵入物的局部遏制。

白粉病(Powdery mildew,Pm)是世界范围内最重要的谷物疾病之一。由白粉菌目(Erysiphales)的专性活体营养子囊菌真菌导致的白粉病温带气候中对谷物(例如，小麦和大麦)农业的主要阻碍。小麦中的白粉病由禾本科布氏白粉菌小麦专化型(Blumeriagraminis f.sp.tritici)(Bgt)(也被称为禾谷白粉菌小麦专化型(Erysiphe graminisf.sp.tritici))的感染导致。

MLO蛋白起植物对白粉病的防御的负调节剂的作用25。大麦26,40、拟南芥(Arabidopsis)27和番茄28中的功能丧失的mlo等位基因得到对导致白粉病的真菌病原的广谱且耐久的抗性。

对白粉病病原的抗性反应已经在遗传上被充分表征。在大多数分析的情况中，抗性由种特异性的抗性基因根据Flor的基因对基因假说的规则指定。在这种类型的植物-病原相互作用中，抗性由两个互补基因(一个来自宿主并且一个来自真菌病原)的存在指定并且取决于这两个互补基因的存在。互补基因在操作上分别被称为(病原)抗性(“R”)基因和无毒力(“Avr”)基因。大多数白粉病抗性基因(Mlx)起显性或半显性性状的作用。

然而，由Mlo基因座的隐性(mlo)等位基因介导的单基因抗性是不同的。除了是隐性的，其与对单一病原株的种特异性抗性的不同在于，其赋予对病原的几乎所有已知分离株的广谱抗性并且在不存在病原的情况下mlo抗性等位基因展现出防御模拟表型。因此，遗传数据表明，Mlo野生型等位基因对针对病原攻击的防御反应发挥负调节功能(WO98/04586)。

面包小麦(普通小麦(Triticum aestivum L.)，2n＝42，AABBDD)是世界范围内的主要主食作物并且提供人所消耗的热量的约20％。由于其经济重要性，总是寻找新的性状以提高产量、质量和对生物和非生物胁迫的适应，大多数通过经典育种。面包小麦是异源六倍体，在其基因的大多数中具有三个相似但不相同的拷贝5。其大基因组(17,000兆碱基)、高倍数性水平和高的重复DNA含量(80％至90％)使其成为正向和反向遗传学研究的最具挑战性的物种6。

在小麦中，白粉病由禾本科布氏白粉菌小麦专化型(Blumeria graminisf.sp.tritici)(Bgt)导致，并且在世界范围内是最具破坏性的疾病之一。小麦中MLO基因的修饰可以提供育种具有对Bgt的广谱且耐久的抗性的机会。在面包小麦中，存在三个MLO同源物(TaMLO-A1、TaMLO-B1和TaMLO-D1)，其在核苷酸和蛋白水平分别98％和99％相同29。TaMLO-B1可以拯救大麦mlo突变体对白粉病的抗性，表明这些MLO基因的功能在进化期间是保守的29。然而，迄今为止，在面包小麦中尚未报道自发的或诱导的mlo突变体，很可能是由于其六倍体性质以及在使全部三个MLO同源等位基因突变的固有难度。此外，尚未做出利用转基因方法下调小麦中的MLO的成功进展。对白粉病的广谱抗性是尚未在天然小麦群体中发现的抗性性状4。因此，对于开发对Pm具有抗性的小麦基因型来说，存在显著的需求。