[发明专利]一种通过提高SA含量增强作物抗病性的方法及基因

说明书

本发明属于基因工程技术领域，公开了一种通过提高SA含量增强作物抗病性的方法及基因，水稻SA羟基化酶基因核苷酸序列如Seq ID No.1、Seq ID No.2所示，编码蛋白的氨基酸序列如Seq ID No.3、Seq ID No.4所示。本发明通过鉴定水稻SA羟基化酶蛋白的编码基因，利用CRISPR/Cas9基因编辑系统筛选功能缺失的突变株系，检测功能缺失株系在不同时期的SA含量；通过白叶枯菌抗病试验和产量性状的统计分析，证明OsS5H1和OsS5H2的功能缺失可以一定程度上减少水稻SA降解，提高游离SA和总SA含量，进而提高植物抗病性。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，尤其涉及一种通过提高SA含量增强作物抗病性的方法及基因，具体涉及一种通过提高作物SA含量增加抗病性的方法。

背景技术

目前，由于人口数量以及对粮食需求的不断增加与粮食产出之间的矛盾，世界上仍有部分地区面临粮食短缺和营养不良问题的威胁。水稻作为一种重要的粮食作物，其产量是遗传育种以及粮食生产上被广泛关注的重要性状，然而稻米的产量和粮食安全问题常常受到有各种病原菌引起的疾病的威胁。作物产量与抗病性状之间的关系通常是矛盾的，因此平衡两者之间的复杂关系成为解决当前粮食问题的有效途径。

水杨酸(SA)是一种重要的植物内源激素，在植物生长发育、抗病、抗逆以及叶片衰老等过程中起到重要作用。维持水杨酸的稳态对于发挥水杨酸的生理功能非常重要。水杨酸在植物体内的含量受到精确调控，植物通过调控水杨酸的合成和分解代谢来维持水杨酸的动态平衡。之前的研究发现水杨酸主要通过莽草酸途径的代谢通路起始合成，一条是位于细胞质的苯丙氨酸解氨酶(PAL)途径，另一条是位于质体的异分支酸(IC)途径。水杨酸被合成后，一部分以活性形式存在发挥其生物学功能，其它的则通过各种修饰失去活性被用于存储、运输或者失活。水杨酸的修饰主要包括羟基化、甲基化、氨基酸化、糖基化等形式。2,3-DHBA(2,3-羟基苯甲酸)和2,5-DHBA(2,5-羟基苯甲酸)被认为是水杨酸失活的两种主要存在形式。水杨酸的羟基化在水稻中的作用和功能目前还不清楚，编码催化水杨酸羟基化酶的相关基因目前也尚未找到。

综上所述，现有技术存在的问题是：(1)水稻中负责催化水杨酸羟基化作用的酶未被鉴定。

(2)水杨酸羟基化在水稻中的具体功能和作用尚不清楚，特别是在水稻抗病性以及产量方面的影响。

解决上述技术问题的难度和意义：水稻SA代谢相关研究还未有突破性的进展。已明确拟南芥中存在水杨酸羟基化酶参与SA分解代谢途径，其通过催化SA反应生成2,3-DHBA和2,5-DHBA，调控拟南芥的叶片衰老和抗病性。但与拟南芥相比，水稻SA含量要高出约8倍，且生物合成不受病原菌诱导，暗示两者的代谢途径可能存在较大的差异。因此，鉴定水稻SA羟基化酶，揭示SA羟基化对水稻抗病性及产量的影响，对于研究水稻SA代谢途径和抗病机制以及遗传改良都有着重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种通过提高SA含量增强作物抗病性的方法及基因。要解决上述技术问题，需要在水稻中鉴定一种可以调控水杨酸羟基化的羟基化酶，因此首先通过查阅本实验室发表的拟南芥水杨酸羟基化酶序列，利用公共数据库来筛选编码水稻羟基化酶的候选基因，然后通过体外酶活测定的方法鉴定催化SA生成羟基化SA的候选基因，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术获得SA羟基化酶的基因编辑突变体，观察其在水稻抗病性和产量相关农艺性状。

本发明涉及一种水稻OsS5H1(LOC_Os04g49210.1)和OsS5H2(LOC_Os03g03034.1)基因提高水稻抗病性的方法。通过CRISPR-Cas9敲除的方法，发现水稻OsS5H1和OsS5H2基因功能缺失增加了其抗病性但对产量没有显著影响，表明OsS5H1和OsS5H2基因在水稻遗传改良中具有重要的应用价值。