[发明专利]植物抗病性信号基因∶所涉及的材料和方法

说明书

本发明涉及植物抗病性信号基因以及所涉及的材料和方法。具体地说，本发明涉及大麦Rar1基因和来自其它物种的其同源体。

已知植物对病原体的抗性与一组防卫相关反应的诱导相关，所述防卫相关反应包括产生抗微生物化合物、激活致病相关(PR)基因、植物细胞壁的交联和产生活性氧物质(Dixon和Lamb 1990；Hammond-Kosack和Jones1996)。在大多数情况下，抗性与企图侵染位点上称为过敏反应(HR)的宿主细胞死亡反应的激活相关。然而，已经证明采用生化和生理学技术难以显示出在使入侵者生长停滞方面特定反应的显著性。相比之下，遗传研究已经确定了在对携带相应无毒决定子的微生物病原体反应中起关键作用的R基因基因座(Flor1971)。因此，这些抗性基因产物及其信号途径的认识预示着对植物防卫机制更深入的了解。近几年来，已经分离出大量的R基因(Martin等，1993；Bent等，1994；Jones等，1994；Mindrinos等，1994；Grant等，1995；Lawrence等，1995；Song等，1995；Anderson等，1997；Cai等，1997；Ori等，1997；Yoshimura等，1998)。从植物中分离出的大多数R基因属于两类，即或者编码一段可变的富含亮氨酸重复序列和推定的核苷酸结合位点，或者编码富含亮氨酸重复序列结构域但无核苷酸结合位点。第三类和第四类迄今均仅有一个代表，编码具有富含亮氨酸重复序列和一个丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶结构域的蛋白，或仅编码蛋白激酶。然而，对R基因的精确作用和它们影响的下游途径还不大了解。

植物防卫反应的复杂性表明，除R基因以外的其它组分参与抗性反应。通过鉴定R基因Mla-12作用所需的两个组分Rar1和Rar2(先前命名为Nar-1和Nar-2；Torp和Jrgensen,1986；Jrgensen 1988；Freialdenhoven等，1994)，在大麦白粉病互作中获得了在小种特异性抗性中的第一个另外组分的遗传证据。后来在其它植物病原体互作中的研究揭示了相似的观察(Hammond-Kosack等，1994；Salmeron等，1994；Century等，1995；Parker等，1996)，并且最近已经在较简单的双子叶植物模式物种拟南芥(Arabidopsis thaliana)中分离出这些组分中的两个组分(未公开的PCT/GB98/01406；Century等，1997)。这些拟南芥基因EDS1和NDR1均是多个R基因对不同病原体(即细茵病原体和真菌病原体)的功能所需的。NDR1编码推定的生化功能未知的膜内在蛋白，而预测EDS1编码推定的新植物脂酶。

迄今为止，证据表明大麦Rar1中的突变抑制大多数测试的、在染色体1H的Mla基因座上编码的白粉病小种特异性抗性的特异性(Mla-6、Mla-9、Mla-12、Mla-13、Mla-14、Mla-22和Mla-23)以及对其它基因座白粉病抗性特异性(Mlat、Mlh、Mlk,、Mlra和Mlg)(Jrgensen 1996；Peterhansel等1997)。然而，在某些情况下，即Mla-1、Mla-7和mlo，没有观察到对抗性基因功能的抑制(Jrgensen,1996；Peterhansel等1997)。已经鉴定出Rar1中的两个化学诱导的等位基因突变体，命名为rar1-1(突变体M82)和rar1-2(突变体M100)(Freialdenhoven等，1994)。这两个隐性突变等位基因中的每个使白粉病病原体能够在上述白粉病R基因存在下完成其生活周期。在rar1-1，或rar1-2存在下Mla-12特异性抗性反应的特征性早期事件表皮信号细胞HR被消除。然而，在较晚的阶段，在rar1-1，或rar1-2存在下可以容易地鉴别感病侵染表型。在前一缺陷型等位基因存在下，观察到气生真菌菌丝体较少和孢子形成较少，并且侵染位点通常被坏死宿主组织包围。相比之下，在rar1-2存在下的侵染表型几乎不能与全感病大麦基因型区分。本发明人已经解释了这些发现，使得rar1-1等位基因保留残余的基因活性，并且最近已经证明了rar1-2也保留残余的基因活性。

上述遗传信息提供了强有力的证据，表明Rar1代表了许多白粉病R基因触发的白粉病抗性信号中的趋同点。

在文献中缺乏任何可靠的使得能够常规纯化Rar1蛋白的生化测试方法。