[發明專利]一個抗病基因在水稻抗稻曲病改良中的應用

有效

• 申請號: 201910077125.7
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109609516B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 袁猛;黃仁艷
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 張紅兵

本發明屬于植物基因工程技術領域，具體涉及一個抗病基因在水稻抗稻曲病改良中的應用。從水稻中克隆得到OsRFS1基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示，本發明通過基因工程技術改變OsRFS1基因的表達豐度，可以改良水稻對稻曲病的抗性。通過對OsRFS1基因的生物學功能的研究證明，在不同水稻品種中超量表達OsRFS1基因均能使水稻對稻曲病菌表現出抗性增強的能力，通過調節OsRFS1基因表達水平影響水稻對稻曲病的抗病性。OsRFS1基因可用于培育抗稻曲病水稻品種中。

技術領域

本發明屬于植物基因工程技術領域。具體涉及OsRFS1基因的功能鑒定及在水稻抗稻曲病改良中的應用。本發明通過基因工程技術改變OsRFS1基因的表達豐度，可以改良水稻對稻曲病的抗性。OsRFS1基因可用于在培育抗稻曲病的水稻品種中的應用。

背景技術

隨著全世界人口日漸增加、耕地面積的不斷減少和環境的改變，糧食安全受到嚴峻挑戰。而水稻病害卻是限制水稻安全生產的重要因素之一。尤其近十幾年來，日趨嚴重的稻曲病，不僅造成水稻減產，更產生對人畜有害的毒素，嚴重威脅糧食安全。稻曲病是由稻曲病菌(病原無性態Ustilaginoidea virens,有性態Villosiclava virens)引起的水稻穗部病害。近十幾年來，隨著氣候變化和我國高產優質雜交稻的大面積推廣，以及水稻水肥水平的提高，稻曲病在我國各個水稻生產區大面積發生。尤其近幾年全國稻曲病年均發病面積超過1.5億畝，稻曲病已經成為危害水稻安全生產的主要病害之一。稻曲病菌在稻谷中影響谷粒營養運輸和正常發育，引起空秕率升高及千粒重下降，嚴重影響稻谷產量。稻曲病菌包裹谷粒，其產生的稻曲毒素污染稻米，人畜食用被稻曲毒素污染的稻米后，稻曲毒素可強烈抑制人畜微管蛋白組裝和細胞骨架形成，嚴重抑制人畜細胞正常發育，對人畜健康造成極大威脅。比如食用稻曲毒素污染稻米的母雞不產蛋，食用稻曲毒素污染稻米的母豬流產，稻曲毒素污染水體的水產動物發育畸形等。目前農業生產上對水稻稻曲病的防治很大程度上依賴于大量農藥的噴施，而農藥的噴施不僅增加人力、物力的投入，農藥的殘余更會造成對環境的不可修復污染。因此發掘水稻自身的抗稻曲病基因，改良水稻對稻曲病的抗病性，對培育優質抗病水稻新品種具有重要的實際生產意義。

目前對稻曲病菌侵染水稻的研究相對比較少。針對稻曲病菌的研究，國內外幾個實驗室通過構建稻曲病菌突變體庫，結合轉錄組分析等方法克隆了少數幾個基因，發現它們對稻曲病菌的致病力起部分作用，敲除這幾個基因可以在一定程度上降低稻曲病菌的致病力。針對水稻的研究，通過對稻曲病菌侵染水稻幼穗的轉錄組分析，發現部分參與水稻的細胞磷酸化、細胞程序性死亡、細胞壁合成、脫落酸信號、鈣離子調控、種子淀粉儲藏、胚形成等相關基因的表達量在稻曲病菌侵染水稻幼穗前后發生了變化，但這些基因是否真正參與水稻對稻曲病菌的抗性，目前仍然沒有直接的遺傳學證據。

對水稻不同種質資源的研究發現不同水稻品種對稻曲病存在抗病性的差異，暗示在部分水稻種質資源中存在尚未發掘的抗稻曲病基因。國內幾家研究單位通過構建水稻抗稻曲病和感稻曲病遺傳材料組成的重組自交系群體或導入系群體，在水稻的多條染色體上鑒定到抗稻曲病數量性狀位點。但截至到目前，這些抗稻曲病數量性狀位點中是否包含抗稻曲病基因，以及這些抗稻曲病基因能否通過遺傳學手段改良水稻對稻曲病的抗病性不得而知。

本發明研究發現，水稻中的OsRFS1基因正調控對稻曲病菌的抗性。超量表達OsRFS1基因可以增強不同水稻品種對稻曲病菌的抗病性，而敲除OsRFS1基因表達可以顯著降低水稻對稻曲病菌的抗性。本發明對于重要糧食作物水稻在抗稻曲病的改良上具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是從水稻中分離克隆一個OsRFS1基因，旨在通過對水稻OsRFS1基因的研究和應用，在水稻抗稻曲病的目標性狀上改良水稻的抗性，為水稻遺傳育種提供新的基因資源。本發明提供了OsRFS1基因及其編碼的蛋白質，對該基因進行功能及在水稻對稻曲病改良中的應用進行了生物功能驗證。本發明分離的基因編碼一個特殊GRAS家族的蛋白，其生物學功能為調控水稻對稻曲病的抗性。