[發明專利]一個玉米紋枯病抗病相關基因Zmbzip45及其應用

有效

• 申請號: 202210069833.8
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114181951B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 李寧;曹紅祥
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C07K14/415;C12N15/84;C12N15/55;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 尚久恒

本發明公開了一個玉米紋枯病抗病相關基因Zmbzip45及其應用，屬于基因編輯技術領域。玉米紋枯病抗病相關基因Zmbzip45為負調控基因，本發明利用CRISPR?Cas9基因編輯技術，特異性的靶向Zmbzip45基因，敲除Zmbzip45基因的純合突變體植株對紋枯病菌的抗性明顯增強，此外，利用強啟動子驅動轉基因技術，將Zmbzip45基因的超量表達載體轉入水稻品種中花11，Zmbzip45基因表達量顯著提高的遺傳轉化水稻對紋枯病菌的抗性明顯減弱。證明Zmbzip45基因在玉米抗紋枯病中發揮重要作用。

技術領域

本發明涉及植物基因編輯技術領域，具體涉及一個玉米紋枯病抗病相關基因Zmbzip45及其應用。

背景技術

玉米是最重要的糧食作物之一，玉米紋枯病是由立枯絲核菌(Rhizoctoniasolani?Kühn)引起的真菌性病害，是我國玉米產區的主要病害之一。隨著種植面積的擴大和高產栽培技術的推廣，該病害發展蔓延加快，據研究報道，我國多數玉米產地的玉米紋枯病發病率在40％以上，發病后通常減產10％以上，嚴重時甚至絕收(陳斌,2020)。培育種植抗病品種是生產上綜合治理作物病害的首選策略，但由于高抗材料的缺乏限制了紋枯病的抗性育種。

植物在生長的過程中，受到多種病原物的侵害。由真菌、細菌、病毒以及線蟲引起的植物疾病為作物生產帶來巨大影響。植物擁有兩套不同的抗性機制：一是被動防御，是指一些與抗性相關的形態結構，如表皮和堅硬的細胞壁(Brady?JD,Fry?S.Formation?of?di-isodityrosine?and?loss?of?isodityrosine?in?the?cell?walls?of?tomato?cell-suspension?cultures?treated?with?fungal?elicitors?or?H₂O₂.Plant?Physiol1997,115:87-92.)。另一個是主動防御，主動防御是抗性基因與病原菌識別并且互作引起的。病原物無毒基因(avr)編碼的激發子與寄主植物響應的抗病基因編碼激發子的受體分子相互作用產生抗病反應。植物抗病防衛反應一般經歷信號識別、信號傳導、防衛基因表達三個環節。主動防御中所有類型的抗病機制都要依靠防衛基因表達，抵抗的有效性取決于基因表達的時空特性。

植物的抗病反應是多基因參與調控的復雜過程。參與植物抗病反應的基因分為兩類：(1)抗病基因，又稱R基因和(2)抗病相關基因，又稱DR基因(Kou?and?Wang,2010)。其中：

抗病基因的產物主要是作為受體，直接或間接與病原蛋白相互作用，啟動植物體內的抗病信號傳導路徑(Tang等，1996，Science?274:2060-2063；Baker等，1997，Science276:726-733；Jia等，2000，EMBO?J.19:4004-4014；Dangl和Jones，2001，Nature?411:826-833；Nimchuk等，2001，Curr.Opin.Plant?Biol.4:288-294)。雖然R基因能夠介導很強的抗性反應并且其中一些R基因具有很強的抗普。但是R基因在植物的防衛反應中還存在缺陷，如R基因的資源有限，并不是對所有病原菌都有抗性效果，特別是對壞死型病原菌；再加上隨著病原菌的快速突變，一個R基因的作用往往幾年或幾十年以后就會喪失掉。

除了R基因外，在植物體內還存在一類基因，其能夠通過改變表達水平或轉錄后修飾其蛋白產物來響應病原菌的侵染，這一類基因稱為抗病相關基因，抗病相關基因是指除抗病基因外所有參與抗病反應的基因，它們的編碼產物參與合成植物體內抗病信號分子、參與信號傳導或參與防衛反應等。這類基因的共同特點是病原誘導后它們的表達量升高或減少，因此人們可以根據病原誘導前后基因的表達量的差異大規模地鑒定植物抗病相關基因(Maleck等，2000，Nature?Genet.26：403-410；Schenk等，2000，Proc.Natl.Acad.Sci.USA97:11655-11660；Zhou等，2002，Science?in?China?45:449-467)。與抗病基因的應用相比，抗病相關基因的應用能提供植物更為廣譜及長效的抗性。