[发明专利]鉴定非寄主植物抗病基因的新方法

说明书

本申请是1998年8月31日申请的美国临时专利申请第60/098,402号的部分继续申请，该临时申请的全部内容通过引用结合到本文中。

                      发明领域

本发明涉及快速鉴定在非寄主起抗性作用的基因的新方法。也涉及用该方法鉴定的、在感病植物中表达时提高抗病性水平的基因。

                      发明背景

在植物及其病原体之间的平衡进化中，遗传多样性是一个重要的因素。在天然系统中，杂交繁殖的植物群体与混合的病原体群体相互作用。这种相互作用通常依赖于植物中抗病(R)基因和病原体中无毒(avr)基因的存在。杂交繁殖的植物共享R基因库，而植物病原体则产生种类繁多的直接或间接由avR基因产生的激卫素(elicitor)。含有多少识别其中一种由侵染病原体产生的激卫素的R基因的单株抗所述病原体。

R基因介导的抗性通常导致过敏反应(HR)，即在侵染位点观察到的快速坏死。显然，活化的R基因触发导致程序性细胞死亡的信号转导事件，这可以防止侵入的病原体传播到侵染位点以外，并触发未受侵染的相邻细胞产生抗性。

在过去五年中，已经克隆了许多R基因。最普遍存在的一类R基因编码具有一个C末端富含亮氨酸的重复序列、一种N末端核苷酸结合位点和一段保守的具有共有序列GLPLAL的氨基酸序列的蛋白。该类R基因的实例是Rps2(Bent等，1994)、N(Whitham等，1994)、L6(Lawrence等，1995)、M(Anderson等，1997)和Rpm1(Grant等，1995)。在鉴定参与R基因介导的信号转导的蛋白方面也已经取得进展。最近的多篇论文报道了在R基因信号中涉及蛋白激酶、推定的转录因子和脂酶样蛋白(Innes综述，1998)。最近，已经表明对这些信号组分的工程改造也可以提高植物病害防治水平(Cao等，1998)。

人们认为，R基因不提供抗所有基因型病原体的保护，即一种物种内的病原体并不都产生相同的激卫素。因此，杂交繁殖群体的侵染可能将导致仅部分所述群体存活。现代农业可能破坏植物和病原体之间的平衡。现在暴发数十年前只影响相对有限数量植物的疾病可能引起毁灭性大流性。

为了防止病害引起的大的损失，植物育种者尝试将抗最重要的病原体小种(race)的抗性渐渗到优良栽培品种中。在大多数情况下，这是一场无止境的战斗，因为抗一种病原体的一种或多种基因型的抗性选择导致出现其它基因型。例如，相继将抗病型野生型马铃薯Solanumdemissum的11个R基因渐渗到栽培的感病马铃薯栽培品种中，在所有情况下均导致出现毒性基因型的致病疫霉(Phytophthora infestans)病原体。经典的育种根据杂交程序定义，因此，仅可以在同一植物物种的不同accession或栽培品种之间、或在性亲和的植物物种之间转移抗性性状。这种抗性通常被称为“寄主”抗性。通过R基因的渐渗已经获得了对许多病原体的暂时防治，所述病原体包括以下病原体：致病疫霉、大雄疫霉(Phytophthora megasperma)、禾柄锈菌(Puccinia graminis)、隐匿柄锈菌(Puccinia recondita)、高粱柄锈菌(Puccinia sorghi)、禾冠柄锈菌(Puccinia coronata)、向日葵柄锈菌(Puccinia helianthi)、鸭茅条形柄锈菌(Puccinia striiformis)、禾白粉菌(Erysiphe graminis)、大麦黑粉菌(Ustilago hordei)、燕麦散黑粉菌(Ustilago avenae)、豇豆单胞锈菌(Uromyces phaseoli)、Peronospora farinosa、丁香假单胞菌(Pseudomonassyringae)、水稻黄单胞菌(Xanthomonas oryzae)、黄枝孢(Cladosporiumfulvum)、稻褐飞虱、蚜虫、小麦瘿蚊和烟草花叶病毒。

已经鉴定了抗特定病原体大多数小种抗性的少数R基因。特别引起关注的是水稻Xa21基因，它防治水稻黄单胞菌的大多数小种(Mazzola等，1994；Song等，1995)；小麦Lr34基因，参与对大多数叶锈病的抗性；和大麦Rpg1基因，保护植物抵抗几乎所有秆锈病。然而，这些R基因是罕见的，并且可以被新的有侵袭力的小种打破。