[發明專利]水稻抗稻瘟病蛋白及其編碼基因與應用

在審

• 申請號: 201410314670.0
• 申請日: 2014-07-03
• 公開（公告）號: CN104072596A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 朱立煌;呂啟明;徐筱;江光懷;李曉兵;李仕貴;徐吉臣
• 申請（專利權）人: 中國科學院遺傳與發育生物學研究所
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/82;A01H5/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明屬于植物基因工程領域，涉及一種水稻抗稻瘟病蛋白及其編碼基因與應用。

背景技術

植物在生長發育過程中會受到各種病原微生物的侵襲，雖然植物不具備主動“趨利避害”的能力，但在長期與各種病原微生物共進化過程中，植物形成了對病原微生物精確的信號感知與防御系統。植物先天免疫主要包括三方面內容：基礎抗性、抗病基因介導的抗性以及系統獲得性抗性。其中，抗病基因介導的抗性由于反應時間快，抗病反應強烈，常常伴隨著病原菌侵染點的超敏反應以及細胞程序化死亡，使其成為植物抗病的一個重要組成部分。Flor在研究亞麻銹病抗性基因遺傳時提出了“基因對基因”學說，其具體表述為病原菌不同的小種帶有不同的無毒基因，當植物中的抗病基因能夠特異識別病原菌當中的無毒基因時，就能通過信號傳導啟動抗病反應。因此，對植物抗病基因產物的結構分析與研究，是了解植物抗病機制的基礎。

水稻是世界上最重要的糧食作物之一，全世界一半以上的人口以稻米為主要食物。稻瘟病是水稻最主要的病害之一，全球每年因稻瘟病造成的水稻減產達11％～30％，嚴重時減產達40％～50％，甚至顆粒無收。實踐證明，利用含有抗稻瘟病基因的水稻品種是應對稻瘟病危害的有效辦法之一。到目前為止，在水稻中已至少報道了68個抗稻瘟病位點共83個主效基因，這些基因成簇地分布于除第3染色體外的所有水稻染色體上，已經克隆的有25個，它們分別是Pb1、Pia、Pib、Pid2、Pid3、Pik、Pik-h/Pi54、Pik-m、Pik-p、Pish、Pit、Pita、Piz-t、Pi1、Pi2、Pi5、Pi9、pi21、Pi25、Pi36、Pi37、Pi56(t)、Rbr2、Pi50、Pi54rh，其中除了基因Pid2編碼一個絲蘇氨酸受體類似激酶以及隱性抗稻瘟病基因pi21編碼一個富脯氨酸蛋白外，其他24個抗稻瘟病基因全都屬于Nucleotide?Binding?Site-Leucine?Rich?Repeat(NBS-LRR)基因家族。NBS-LRR基因由N端保守的核苷酸結合位點(NBS)和C端富亮氨酸重復(LRR)區域構成，在LRR區域，由數十個(一般15～40個)不完全的LRR結構構成。盡管目前已經克隆了25個抗稻瘟病基因，但因為稻瘟病菌小種眾多且變異速度快，所以，克隆更多的抗稻瘟病基因以應對稻瘟病的危害就顯得尤為重要。

對目前已經克隆的25個抗稻瘟病基因統計分析發現，從1999年第一個抗稻瘟病基因Pib被克隆開始，到2006年七年間只克隆了一個抗稻瘟病基因Pita，從2006年開始，抗稻瘟病基因的克隆出現大規模增長趨勢，然而從已經克隆的這些抗稻瘟病基因位點可以發現，從2009年開始，盡管抗稻瘟病基因的數目在增加，但真正的抗稻瘟病基因位點數卻增加得很少，后來克隆的抗稻瘟病基因大多數都是已經克隆的等位或是直系同源基因。雖然它們的序列差異很小，但對病原菌的抗性不盡相同。如Pi9、Pi2、Piz-t基因均位于水稻第6號染色體同一位點的基因簇上，序列相似性高達98.84％，但稻瘟病菌株接種實驗證明，三個等位基因的抗譜分別為93.7％、92.2％和54.5％。另外，Pik基因簇上也鑒定了Pik，Pik-m，Pik-h，Pik-p，Pik-s，Pi1共6個等位基因，對其中3個已經克隆的等位基因接種試驗表明，抗譜由寬到窄依次為Pik-m、Pik、Pik-p。因此利用已經克隆的抗稻瘟病基因序列信息來發掘其他抗稻瘟病材料中的抗性等位應該是更方便更快捷的途徑。

目前，對抗稻瘟病基因的克隆還是主要依靠圖位克隆，雖然秈稻9311和粳稻日本晴都有了全基因組序列，為水稻基因的圖位克隆帶來了巨大方便，但對于抗稻瘟病基因的克隆來說，依然還存在很多困難。比如對精細定位群體內各單株的稻瘟病抗性鑒定，不僅工作量巨大，而且田間稻瘟病發病情況還很容易受環境影響，造成性狀統計錯誤，而不能準確定位；另外，從已經測序的9311和日本晴基因組序列來看，NBS-LRR基因大多都是成簇存在，即使能夠將目標基因定位到某一區段，也很難判斷成簇基因中的哪一個才是真正的抗病基因。因此，可以直接利用已經克隆的NBS-LRR型基因序列信息，克隆其在野生稻或者其他對稻瘟病具有高抗效應的水稻品種中的同源基因，直接轉化易感稻瘟病的水稻品種，從而篩選出具有更優良抗性的基因。

發明內容

本發明的目的是提供一種水稻抗稻瘟病蛋白及其編碼基因與應用。

本發明所提供的蛋白質，名稱為PID3-Kn，來源于栽培稻品種Kasalath，是如下(a)或(b)：

(a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列組成的蛋白質；