[发明专利]一个玉米纹枯病抗病相关基因Zmbzip45及其应用

说明书

本发明公开了一个玉米纹枯病抗病相关基因Zmbzip45及其应用，属于基因编辑技术领域。玉米纹枯病抗病相关基因Zmbzip45为负调控基因，本发明利用CRISPR‑Cas9基因编辑技术，特异性的靶向Zmbzip45基因，敲除Zmbzip45基因的纯合突变体植株对纹枯病菌的抗性明显增强，此外，利用强启动子驱动转基因技术，将Zmbzip45基因的超量表达载体转入水稻品种中花11，Zmbzip45基因表达量显著提高的遗传转化水稻对纹枯病菌的抗性明显减弱。证明Zmbzip45基因在玉米抗纹枯病中发挥重要作用。

技术领域

本发明涉及植物基因编辑技术领域，具体涉及一个玉米纹枯病抗病相关基因Zmbzip45及其应用。

背景技术

玉米是最重要的粮食作物之一，玉米纹枯病是由立枯丝核菌(Rhizoctoniasolani Kühn)引起的真菌性病害，是我国玉米产区的主要病害之一。随着种植面积的扩大和高产栽培技术的推广，该病害发展蔓延加快，据研究报道，我国多数玉米产地的玉米纹枯病发病率在40％以上，发病后通常减产10％以上，严重时甚至绝收(陈斌,2020)。培育种植抗病品种是生产上综合治理作物病害的首选策略，但由于高抗材料的缺乏限制了纹枯病的抗性育种。

植物在生长的过程中，受到多种病原物的侵害。由真菌、细菌、病毒以及线虫引起的植物疾病为作物生产带来巨大影响。植物拥有两套不同的抗性机制：一是被动防御，是指一些与抗性相关的形态结构，如表皮和坚硬的细胞壁(Brady JD,Fry S.Formation of di-isodityrosine and loss of isodityrosine in the cell walls of tomato cell-suspension cultures treated with fungal elicitors or H₂O₂.Plant Physiol1997,115:87-92.)。另一个是主动防御，主动防御是抗性基因与病原菌识别并且互作引起的。病原物无毒基因(avr)编码的激发子与寄主植物响应的抗病基因编码激发子的受体分子相互作用产生抗病反应。植物抗病防卫反应一般经历信号识别、信号传导、防卫基因表达三个环节。主动防御中所有类型的抗病机制都要依靠防卫基因表达，抵抗的有效性取决于基因表达的时空特性。

植物的抗病反应是多基因参与调控的复杂过程。参与植物抗病反应的基因分为两类：(1)抗病基因，又称R基因和(2)抗病相关基因，又称DR基因(Kou and Wang,2010)。其中：

抗病基因的产物主要是作为受体，直接或间接与病原蛋白相互作用，启动植物体内的抗病信号传导路径(Tang等，1996，Science 274:2060-2063；Baker等，1997，Science276:726-733；Jia等，2000，EMBO J.19:4004-4014；Dangl和Jones，2001，Nature 411:826-833；Nimchuk等，2001，Curr.Opin.Plant Biol.4:288-294)。虽然R基因能够介导很强的抗性反应并且其中一些R基因具有很强的抗普。但是R基因在植物的防卫反应中还存在缺陷，如R基因的资源有限，并不是对所有病原菌都有抗性效果，特别是对坏死型病原菌；再加上随着病原菌的快速突变，一个R基因的作用往往几年或几十年以后就会丧失掉。

除了R基因外，在植物体内还存在一类基因，其能够通过改变表达水平或转录后修饰其蛋白产物来响应病原菌的侵染，这一类基因称为抗病相关基因，抗病相关基因是指除抗病基因外所有参与抗病反应的基因，它们的编码产物参与合成植物体内抗病信号分子、参与信号传导或参与防卫反应等。这类基因的共同特点是病原诱导后它们的表达量升高或减少，因此人们可以根据病原诱导前后基因的表达量的差异大规模地鉴定植物抗病相关基因(Maleck等，2000，Nature Genet.26：403-410；Schenk等，2000，Proc.Natl.Acad.Sci.USA97:11655-11660；Zhou等，2002，Science in China 45:449-467)。与抗病基因的应用相比，抗病相关基因的应用能提供植物更为广谱及长效的抗性。