[發明專利]小麥抗赤霉病相關蛋白TaRBL及其編碼基因與應用

有效

• 申請號: 202010936469.1
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112010955B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 李成偉;宋普文;胡海燕;魏琦超;李東霄;關園園;陳二永;周鋒
• 申請（專利權）人: 河南科技學院
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 鄭州翊博專利代理事務所(普通合伙) 41155
• 代理人: 涂連梅;周玉青

本發明屬于生物技術領域，公開了小麥抗赤霉病相關蛋白TaRBL及其編碼基因與應用。本發明從小麥品種蘇麥3號中克隆得到RBL基因，將其命名為TaRBL，并通過酵母雙雜交和雙分子熒光互補實驗證明RBL與小麥赤霉病抗性蛋白PFT互作。并構建了用于沉默小麥中TaRBL基因的病毒載體，降低TaRBL基因的表達，得到沉默TaRBL小麥。本發明進一步通過實驗證明：沉默TaRBL小麥接種赤霉病菌后，其病小穗數均顯著高于對照組，小麥植株顯現明顯的赤霉病抗性喪失表型。說明通過沉默手段來抑制小麥中TaRBL基因在植物中的表達，可降低小麥對赤霉病的抗性，對于研究小麥赤霉病，提供敏感型株系，為小麥抗病基因研究做出貢獻。

技術領域

本發明涉及生物技術領域，具體涉及小麥抗赤霉病相關蛋白TaRBL及其編碼基因與應用。

背景技術

小麥是世界上種植面積最大的糧食作物，是人類最最重要的糧食來源之一。赤霉病是一種主要發生在小麥、大麥和玉米等作物的半腐生真菌病害，而小麥赤霉病(Fusariumhead blight,FHB)是小麥最主要的病害之一。小麥赤霉病是由禾谷鐮刀菌引起的一種世界性病害，我國長江中下游和東北麥區一直是其常發和重發區域。近年來，受氣候變化、小麥-玉米輪作制度下秸稈還田等影響，赤霉病已成為黃淮麥區的常發病害。感病籽粒含真菌毒素如脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)，不僅危害人畜健康，還嚴重影響食用和飼用價值。因此，小麥抗赤霉病研究引起抗病遺傳育種家的高度重視。

來源于蘇麥3號的3B染色體短臂上的Fhb1抗性位點是小麥赤霉病抗性最強、最穩定的抗性位點。但受限于小麥基因組龐大且為異源多倍體等原因，Fhb1位點抗性基因克隆研究一直進展緩慢。直到2016年，Rawat等人利用突變分析、基因沉默和轉基因過表達等技術在蘇麥3號Fhb1位點中鑒定到一個成孔毒素相似基因(PFT)賦予了小麥赤霉病抗性，將PFT基因在感病品種Bobwhite和Fielder轉基因過表達后發現轉基因植株對赤霉病的抗性明顯提高，因此認為PFT是Fhb1位點的主要抗性基因(Rawat N,Pumphrey M O,Liu S,etal.Wheat Fhb1encodes a chimeric lectin with agglutinin domains and a pore-forming toxin-like domain conferring resistance to Fusarium headblight.Nature genetics,2016,48(12):1576)。然而，該基因的抗性作用隨后一直被質疑，因為在許多赤霉病感病品種中也鑒定到PFT基因的存在，且具有一定的基因表達(He Y,Zhang X,Zhang Y,et al.Molecular characterization and expression of PFT,an FHBresistance gene at the Fhb1 QTL in wheat.Phytopathology,2018,108(6):730-736)。2019年，Su等(Su Z,Bernardo A,Tian B,et al.A deletion mutation in TaHRC confersFhb1 resistance to Fusarium head blight in wheat.Nature genetics,2019,51(7):1099-1105)和Li等(Li G,Zhou J,Jia H,et al.Mutation of a histidine-richcalcium-binding-protein gene in wheat confers resistance to Fusarium headblight.Nature genetics,2019,51(7):1106-1112)分別利用Ning7840和望水白等種質資源(含有Fhb1位點抗性位點)同時在Fhb1位點臨近PFT位置鑒定到一個富含組氨酸的鈣離子結合蛋白基因(His or TaHRC)為該位點的主要抗性基因，但兩個研究團隊對該基因的抗性機制研究結果不同。Su等認為TaHRC編碼蛋白是敏感因子類的蛋白，該基因的表達有助于禾谷鐮刀菌的侵染，Fhb1位點抗性是由于該基因缺失而產生的基因缺失型抗性(loss-of-function)；而Li等認為該蛋白為寄主免疫抗性相關蛋白，該基因的表達提高了小麥抗性，Fhb1位點抗性正是由于His基因的表達而產生的，是一種基因獲得型抗性(gain-of-function)。這些研究也表明了Fhb1抗性機制比較復雜，可能涉及到一系列的基因參與。Lagudah等認為PFT和TaHRC(or His)可能都參與了Fhb1位點的抗性，該位點可能是多基因介導的復雜抗性機制，后期需要分別對PFT和TaHRC(or His)的赤霉病抗性機制進一步深入研究詮釋，才能真正理解Fhb1的抗性機制。