[发明专利]野生毛葡萄商-24抗病基因VqWRKY31及其应用

说明书

本发明公开了野生毛葡萄商‑24抗病基因VqWRKY31及其应用，该基因完整开放阅读框序列全长1608bp，编码536个氨基酸。构建了pCAMBIA2300‑35s‑VqWRKY31‑3×Flag过量表达载体，并通过农杆菌介导的葡萄遗传转化法将其稳定转入汤姆森无核白葡萄中。结果发现过表达VqWRKY31的转基因植株高于野生型葡萄的白粉病抗性，通过代谢组和转录组联合分析发现该基因主要通过调控芪类化合物和类黄酮生物合成关键基因的表达，促进葡萄中飞燕草素‑3‑O‑葡萄糖苷、二氢白藜芦醇、橙皮素、肉桂酸、圣草酚、白藜芦醇、蛇葡萄素F、ε‑葡萄素等物质的合成，进而行使提高葡萄对白粉病抗性的生物学功能。

技术领域

本发明属于植物抗白粉病相关基因鉴定及基因工程技术领域，具体涉及一种野生毛葡萄商-24抗病基因VqWRKY31及其应用。

背景技术

葡萄是世界第二大经济果树。然而，葡萄的生长发育常常遭受到各种疾病的危害。其中，葡萄白粉病是损害葡萄产量及其经济价值的主要因素之一。在生产中，经常采用各种化学防治的方法来控制白粉菌大面积发病，但这样不仅会增加栽培成本，更会污染环境，危害食品安全，因此这些方法都是不可持续发展的。我国拥有许多宝贵的野生葡萄种质资源，其中，中国野生毛葡萄‘商-24’对白粉病有较高的抗性。因此发掘并鉴定抗病葡萄品种中抗白粉病相关基因，研究其调控机制并将其应用到分子育种中，可以为培育抗病性强、品质优良的葡萄品种具有重要的理论意义。

迄今为止，在葡萄中已经鉴定到一些抗白粉病相关结构基因，包括RUN1、RUN2、REN1、REN2、REN3、REN4、REN5、REN6和REN71。另外葡萄白粉病可以诱导许多转录因子家族基因，例如WRKY、ERF和MYB等，它们中的一些基因在模式植物拟南芥中异源过表达可以显著增强植物对白粉病的抗性。然而，在同源系统葡萄中研究这些抗白粉病转录因子调控机理的研究还很少。

植物长期暴露于多种生物胁迫中，例如病原体；在这一过程中，它们逐渐进化出独特的免疫能力，且植物免疫是一个非常复杂的过程，包括复杂的信号传导及次生代谢物的合成与代谢。例如，水杨酸(SA)作为一种内源性激素，通过激活SA免疫信号通路在植物抗病过程中发挥重要的作用。SA信号可以激活病程相关蛋白(PR)的表达，并有助于产生过敏反应。过敏反应是局部程序性细胞死亡，病原体从活体组织中获取营养，而过敏反应会在试图感染的部位形成坏死点，这被认为是限制生物营养病原体传播的关键事件。SA防御信号通路通常伴随着活性氧(ROS)的快速产生，即氧化爆发。

次生代谢物也是植物抗病的重要因素。例如，芪类物质，其受病原体诱导，参与植物抗病性。芪类物质的前体白藜芦醇的合成依赖于芪合成酶(STS)，在葡萄或其他植物中过量表达STS相关基因可以促进芪类物质的积累并提高植物的抗病性。白藜芦醇可以代谢形成各种芪类抗毒素，可以抑制病原体的发展，并有助于产生过敏反应。黄酮衍生物合成是植物中广泛存在的另一种次级代谢合成途径，其合成依赖于查尔酮合酶(CHS)、查尔酮异构酶(CHI)、类黄酮-3',5'-羟化酶(F3'5'H)、黄烷酮-3-双加氧酶(FHT)、黄酮醇合酶(FLS)和二氢黄烷醇-4-还原酶(DFR)等多种催化酶。几种黄酮类化合物可以抑制微生物生长，例如柚皮素、山奈酚、槲皮素和儿茶素的衍生物。原花青素是类黄酮生物合成的终产物，通常称为单宁，广泛参与植物抗病性，并与SA信号传导相关。这些抗病相关代谢物的合成受到相关转录因子的调控，然而调控这些代谢物以增强葡萄抗白粉病的机制尚不清楚。WRKY转录因子广泛参与了植物众多的生物学过程，例如生物胁迫与非生物胁迫、激素信号、次生代谢和植物生长发育等。WRKY转录因子在植物对病原菌反应过程中起着重要的作用，然而关于葡萄WRKY基因的抗病功能研究还很少。

发明内容

本发明的目的是提供野生毛葡萄商-24抗病基因VqWRKY31，并证明了该基因在提高葡萄抗白粉病能力的生物学功能。

本发明的另一目的是提供野生毛葡萄商-24抗病基因VqWRKY31在提高葡萄抗白粉病能力中的应用。