[发明专利]水稻基因OsTPI1-1在水稻抗病性改良中的应用

说明书

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及水稻基因OsTPI1‑1在水稻抗病性改良中的应用。OsTPI1‑1基因编码一个细胞质磷酸丙糖异构酶,该基因的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO:1所示，该基因编码的蛋白质序列如序列表SEQ ID NO:2所示。OsTPI1‑1表达量显著上升使转化的水稻植株对白叶枯病的抗性增强。在主效抗病基因Xa3/Xa26的背景下OsTPI1‑1表达量显著下降使转化的水稻植株丧失对白叶枯病的抗性。功能验证表明，OsTPI1‑1基因是水稻抗白叶枯病反应中的正调控因子，可以通过超量表达OsTPI1‑1基因以改良水稻的抗病性。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及一个水稻抗病相关基因OsTPI1-1的功能验证及应用。该基因编码一个定位于细胞质的磷酸丙糖异构酶，它正向调控水稻对白叶枯病以及抗白叶枯病主效基因Xa3/Xa26的抗性。

背景技术

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，为世界上一半以上的人口提供主食(Zhang，2007)。水稻的病害是限制水稻生产的重要因素，病害的盛行常导致水稻产量和品质的下降。水稻白叶枯病是由革兰氏阴性菌黄单胞杆菌的水稻致病变种-白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae，Xoo)引起的维管束病害，是世界上对水稻危害最严重的细菌性病害之一。

根据植物对病原菌侵染的响应速度和强度，水稻对病原菌的抗性主要分为两个方面，分别为质量抗性(或称完全抗性)和数量抗性(或称部分抗性)。质量抗性可以由单个主效抗病(major disease resistance，MR)基因介导，对于病原菌的抗性一般是小种特异性的，具有抗性水平高和速度快的特点。数量抗性一般为多基因或数量性状位点介导，通常具有广谱性和持久性，但是抗性水平一般较低(Kou和Wang，2010；Zhang和Wang，2013)。其中由MR基因介导的质量抗性是水稻抗病育种中已被广泛运用的主要抗性资源。到目前为止，水稻中已被克隆的抗白叶枯病主效基因有11个，包括Xa1、Xa3/Xa26、Xa4、xa5、Xa10、xa13、Xa21、Xa23、xa25、Xa27和xa41(Hu等，2017；张海涛和王石平，2016)。其中Xa3/Xa26是一个已经在我国的水稻生产中运用多年的抗病基因，可以介导对多种白叶枯病菌致病小种的高效持久抗性(Gao等，2010)。虽然MR基因介导的抗病反应强，但由于多种原因，使MR基因在植物抗性改良中的利用受到一定限制：(1)MR基因资源有限，目前已鉴定的白叶枯病MR基因只有40个左右，而其中已克隆的只有11个；(2)MR基因多具有病原菌致病小种特异性，抗病范围有限；(3)病原菌的快速变异，可能导致MR基因在进化过程中丧失抗性。介导数量抗性的基因一般被称为抗病相关基因(defense-responsive gene)，是指位于MR启动的抗病信号传导路径中的基因。据已有报道，大多数抗病相关基因在单独作用时的抗性可能比MR基因小，但由于多种原因，抗病相关基因也是值得大力开发的基因资源：(1)大多数抗病相关基因的编码产物不需要与病原菌直接互作，它们可能具有持久抗性；(2)多数抗病基因参与的抗病反应没有病原特异性，它们的抗性可能具有广谱性；(3)相对于MR基因而言，抗病相关基因的资源非常丰富。由此看出，MR基因和抗病相关基因各有优点，如果能在抗性育种中把这两种不同的抗性基因资源结合起来，通过超量对植物基础抗性和MR基因的抗性都有贡献的基因的表达，将进一步巩固和增强作物的抗病性，这是常规作物育种和改良技术所不能达到的。

发明内容

本发明的目的是从水稻品种中分离克隆OsTPI1-1基因，并利用超量表达和抑制表达遗传转化技术使该基因在水稻植株中超量表达或是抑制表达，鉴定其在水稻病原菌互作中的功能，利用该基因改良水稻抵御病菌侵害的能力。

本发明的技术方案如下所述：