[发明专利]水稻稻瘟病抗性基因Pikg、编码蛋白及其应用

说明书

本发明公开了一种水稻稻瘟病抗性基因Pikg、编码蛋白及其应用，属于水稻抗病育种领域。水稻稻瘟病抗性基因Pikg包括Pikg‑1和Pikg‑2，其编码区核苷酸序列和编码蛋白的氨基酸序列分别如序列表所示。本发明的基因、蛋白可用于提高水稻植株对稻瘟病菌的抗性。

技术领域

本发明属于水稻抗病育种领域，具体涉及一种水稻稻瘟病抗性基因Pikg、编码蛋白及其应用。

背景技术

水稻(Oryza sativaL.)是重要的粮食作物，在我国有一半以上的人口将稻米作为主食，因此，维持、提高水稻产量对维护我国粮食安全具有重要意义。然而，水稻的产量受到了多种病虫害的影响，其中，真菌性病害稻瘟病、纹枯病和细菌性病害白叶枯病由于危害严重被称为水稻的三大病害。在这3种病害中，由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病发病频率高、流行性强、影响范围极广，据统计，每年由稻瘟病引起的水稻产量损失高达10％-30％。传统防控稻瘟病主要依赖于杀真菌剂，但长期使用药物会使病原菌产生抗药性，同时会造成环境污染不利于可持续发展，育种实践表明利用抗稻瘟病基因培育具有广谱抗病能力的水稻新品种是防治稻瘟病经济、高效且环境友好的方法。

随着1999年第一个水稻抗稻瘟病基因Pib被克隆，目前通过图位克隆、基因组学以及反向遗传学等方法从水稻中已经成功分离、克隆了超过30个抗稻瘟病基因。这些基因大多编码NBS-LRR类蛋白，除了位于4号染色体上的pi21编码富含脯氨酸的蛋白和6号染色体上的Pi-d2编码β-凝集素受体蛋白激酶。在已经克隆的抗稻瘟病基因中，Pik位点的7个等位基因以及Pi5和Pia的抗性是由两个基因共同决定的。Pi5位于9号染色体上，该基因的抗性由Pi5-1和Pi5-2共同决定，其中Pi5-1的表达受到了稻瘟病菌侵染的诱导，Pi5-2则为组成型表达。 Pia是位于11号染色体上的抗病基因，该基因的抗性由两个相邻的基因RGA4和RGA5共同决定，其中位于RGA5蛋白C端的非LRR区参与了对稻瘟病菌无毒基因的识别。而位于11号染色体长臂末端的Pik位点上，迄今为止有7个具有广谱抗性的抗稻瘟病基因(Pik、Pi1、Pikm、Piks、Pike、Pikp、Pikh)被克隆，且这7个抗病基因为复等位基因，其中Pikm是该位点上最早被克隆的抗病基因。功能分析发现这7个等位基因的抗性都是由2个相邻但转录方向相反的具有 CC-NBS-LRR结构的基因共同决定的。在这两个相邻的基因中，Pikm-2对应的等位基因相对保守，其相似度达到了99％以上，而Pikm-1与Pikp-1及Pikh-1的相似度仅为95％，与其他的4个等位基因的相似度则达到了99％以上。对其无毒基因研究发现，位于Pikh-1编码蛋白的HMA结构域能直接与稻瘟病菌分泌的无毒蛋白相互作用，从而决定着Pikh对稻瘟病菌无毒基因的识别。

本发明采用同源克隆的方式对Pik-1在部分亚洲栽培稻和野生稻株系中的遗传变异进行了分析，共发现了40个等位变异体。通过转基因功能验证，本发明在Pik位点克隆了一个新的等位基因Pikg，该基因编码氨基酸序列与Pik位点的等位基因Pik、Pi1、Pikm、Piks和Pike的相似度达到了99％以上，其中Pikg-1 与Pike-1相比只有229^th氨基酸残基发生变化，而Pikg-2和Pike-2的氨基酸序列完全一致。但抗谱分析发现Pikg与Pike的抗谱存在着差异，且Pikg的抗病频率显著高于Pik位点的6个等位基因(Pik、Pi1、Pikm、Piks、Pikp、Pikh)，因此，本发明克隆的Pikg将为水稻的抗病育种提供新的基因资源。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供水稻稻瘟病抗性基因 Pikg-1和Pikg-2；另一目的在于提供上述水稻稻瘟病抗性基因Pikg-1和Pikg-2编码的蛋白；再一目的在于提供上述基因、蛋白的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种水稻稻瘟病抗性基因Pikg，其特征在于：包括 Pikg-1和Pikg-2，Pikg-1和Pikg-2的编码区核苷酸序列分别如序列SEQ 1和SEQ 3所示。