[發明專利]調控玉米穗腐病抗性的DNA序列及其突變體、分子標記和應用

在審

• 申請號: 202111065285.3
• 申請日: 2021-09-12
• 公開（公告）號: CN113980919A
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 王寶寶;王海洋;趙斌斌;廖新陽;李長育;候美;李耀耀;謝鈺容
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院生物技術研究所;華南農業大學
• 主分類號: C12N9/02
• 分類號: C12N9/02;C12N15/53;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/46;C12Q1/6895;C12N15/11
• 代理公司: 北京思元知識產權代理事務所(普通合伙) 11598
• 代理人: 余光軍;霍雪梅

本發明公開了調控玉米穗腐病抗性的DNA序列及其突變體、分子標記和應用。本發明首先提供了堿基序列為SEQ ID No.1、SEQ ID No.2和SEQ ID No.14所示的調控玉米穗腐病抗性的關鍵DNA序列及其突變體，其能夠調控ZmLOX3基因在玉米果穗和籽粒中的表達，可改良玉米穗腐病抗性或培育玉米抗穗腐病新品種。本發明提供了Indel151或Indel363作為ZmLOX3基因在玉米果穗和籽粒中表達的分子標記、調控ZmLOX3基因在玉米表達量以及在改良玉米抗穗腐抗性中的用途。本發明進一步提供了檢測所述DNA序列及其突變體變異情況的檢測引物以及檢測玉米中ZmLOX3基因表達量的檢測引物。

技術領域

本發明涉及調控玉米穗腐病抗性的DNA序列及其突變體，尤其涉及調控ZmLOX3基因表達的啟動子區和內含子區的關鍵DNA序列及其突變體、ZmLOX3基因表達的分子標記和檢測引物，本發明進一步涉及它們在調控玉米穗腐病抗性中的應用，屬于玉米穗腐病抗性調控的DNA序列、其突變體及其應用領域。

背景技術

玉米是重要的糧食、飼料和工業原材料，也是當前中國的第一大農作物。玉米的健康安全生產對保障我國的糧食安全和農業發展有著舉足輕重的作用。

玉米穗腐病(ear rot)，也叫穗粒腐病(kernel and ear rot)，是世界范圍內玉米產區普遍發生的一類真菌病害。迄今已鑒定出40余種引起玉米穗腐病的病原真菌，其中常見的致病菌主要有以下幾種：輪狀鐮孢F.verticillioides，擬輪枝鐮孢F.moniliforme，禾谷鐮孢F.graminearum，尖鐮孢F.oxysporum，層出鐮孢F.proliferatum，黃色鐮孢F.culmorum，燕麥鐮孢F.avenaceum，木賊鐮孢F.equiseti，半裸鐮孢F.semitectum，黃曲霉A.flavus，赭曲霉A.ochraceus等。一般，各地的病原菌組成差異較大，并且不同病院真菌可以單獨或復合侵染引起玉米穗粒腐病的發生。

玉米穗腐病的發病率通常與材料的遺傳背景關系比較緊密，也受不同環境和氣候條件的影響，高溫高濕的環境容易加重玉米穗粒腐病的發生。

穗腐病的發生可引起籽粒腐爛，造成產量損失高達30％-40％。除直接造成產量損失外，穗腐病的致病鐮孢、曲霉等病原真菌能產生多種毒素(如鐮孢菌能夠產生單端孢霉烯、伏馬毒素和玉米赤霉烯酮等真菌毒素，曲霉產生的黃曲霉毒素以及赭曲霉毒素等)，還影響玉米安全貯存和食用安全。真菌毒素不但能夠影響真菌對宿主的侵染和破壞程度，而且對包括人類和畜禽在內的脊椎動物具有嚴重的毒害作用。不同類型的毒素，對寄主植物和人畜造成的傷害程度和引起的癥狀各異。伏馬毒素是一類鞘脂類化合物，在動植物細胞中，競爭性抑制鞘脂的生物合成，從而造成鞘胺堿在細胞的積累，導致寄主組織壞死，可引起豬肺水腫、馬的腦白質軟化癥、大鼠肝癌以及人類食道癌等；雪腐鐮刀菌烯醇和脫氧雪腐鐮刀菌烯醇具有結合真核生物60S核糖體亞基的能力，導致蛋白質合成的抑制和誘導凋亡的作用，產生萎蔫、褪綠或壞死的癥狀，引起人畜嘔吐、腹瀉、拒食或雌激素中毒等癥狀；黃曲霉毒素是重要的致癌物質，其可抑制寄主植物和人畜體內白質的合成，給動植物組織造成嚴重損害。整體上，玉米穗粒腐病不僅導致玉米產量和品質的降低，也給其食品與飼料的安全帶來重大隱患并直接威脅到人畜健康，因此，控制玉米穗腐病的發生和危害具有重要意義。

挖掘調控玉米穗腐病的抗性基因，是提高玉米穗腐病抗性、培育抗病品種，保證玉米安全生產的關鍵措施。前人研究發現，脂氧合酶基因(ZmLOXs)是宿主與病原真菌間相互作用的重要信號交流分子，源自宿主玉米中的脂氧合酶基因在調控玉米穗腐病的抗性方面發揮著重要作用。其中，玉米9-LOX基因ZmLOX3可能作為致病因子被輪枝鐮孢菌(F.verticillioides)利用從而引起莖/穗腐病抗性。完全敲除ZmLOX3基因會增加玉米對鐮孢菌引起的粒腐病的抗性，但對黃曲霉引起的粒腐病表現出感病；表明了ZmLOX3基因在玉米穗腐病抗性調控方面的復雜性，并且也表明直接的敲除該基因并不能直接用于玉米穗腐病的抗性改良。