[发明专利]病原体诱导型植物海藻糖-6-磷酸磷酸酶基因启动子和调控元件

说明书

发明领域

本发明涉及调控与海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)相似的基因转录的启动 子和调控元件。本发明的TPP-样基因的启动子可以用于控制任何目的核酸 在植物根中的转录。尤其是，本发明的启动子可以用于控制核酸的转录， 所述核酸编码赋予植物抗病原体抗性的活性剂。

背景技术

植物生物技术学的一个主要目的是产生具有有利的新特性(例如，增 加农业生产力、在食品的情况下提高质量或产生特殊的化学物质或药物) 的植物。植物对抗病原体的天然防御机制常常不足。仅真菌疾病就导致数 十亿美元的年产量损失。来自植物、动物或微生物来源的外源基因的导入 可增强该防御。实例是通过表达在35S CaMV启动子控制下的苏云金芽孢 杆菌(Bacillus thuringiensis)内毒素在烟草中产生的抗昆虫摄食损伤的保 护作用或通过表达在CaMV启动子控制下的甜菜几丁质酶(chitinase)在 烟草中产生的抗真菌感染的保护作用。然而，所述的大多数方法只提供对 单一病原体或窄谱病原体的抗性。

具有巨大的农业经济重要性的一大植物活体营养病原体群体是线虫。 线虫是以2,000多种中耕农作物(row crop)、蔬菜、水果和观赏植物的 根、叶和茎为食的微小圆虫(roundworm)，其在世界范围造成估计一千 亿美元的农作物损失。许多寄生性线虫种感染农作物植物，包括根结线虫 (RKN)、胞囊线虫和根斑线虫(lesion-forming nematode)。特征在于在摄 食位置(feeding site)引起根瘿形成的根结线虫具有相对广的宿主范围，从而 在众多农作物种中是致病性的。胞囊-和根斑-线虫种具有较有限的宿主范 围，但仍然在易感农作物中造成相当大的损失。

病原性线虫目前遍布美国，在南部和西部的温暖、潮湿区域和沙壤土 中最为密集。大豆胞囊线虫(Heterodera glycines)，大豆植物最严重的害 虫，最早于1954年在美国的North Carolina发现。一些区域受到大豆胞囊 线虫(SCN)严重侵害以致在无控制措施的情况下大豆的经济生产不再具 有可能性。虽然大豆是受SCN攻击的主要经济农作物，但SCN寄生总共 大约50种宿主，包括大田农作物、蔬菜、观赏植物和杂草。

线虫损伤的标志包括矮化及叶黄化以及在炎热时期植物的萎蔫。然而， 线虫感染可在无任何明显的地上疾病症状的情况下造成重大的产量损失。 产量减少的主要原因在于地下根的损伤。被SCN感染的根会变短或生长受 阻。线虫感染还可减少根上固氮根瘤的数目，并且可使根更易被其他土壤 传播的植物病原体攻击。

线虫的生活周期具有3个主要阶段：卵、幼虫(juvenile)和成虫。该 生活周期在线虫的种间是变化的。例如，SCN生活周期通常在最适宜条件 下可在24至30天完成，然而其他物种可花费长达1年或更长时间来完成 生活周期。当在春天温度和湿度水平变得有利时，蠕虫状的幼虫从土壤中 的卵孵出。只有处于幼虫发育期的线虫才能够感染大豆根。

SCN的生活周期已成为许多研究的主题，并由此可用作理解线虫生活 周期的有用实例。在穿刺入大豆根后，SCN幼虫在根中移动直至它们接触 维管组织，这时，它们停止迁移并且开始摄食。利用口针，线虫注射分泌 物改变某些根细胞并且将它们转化成专门的摄食位置。这些根细胞在形态 学上被转化成巨大的多核合胞体(或在RKN的情况下转化成巨细胞)， 其用作线虫的营养物来源。活跃摄食的线虫由此从植物偷取必需营养物， 从而导致产量损失。当雌性线虫摄食时，它们膨胀，最终变得如此巨大以 至它们的身体冲破根组织而暴露在根的表面。

在摄食期后，作为成虫不发生膨胀的雄性SCN线虫迁移出根进入土壤 并且使膨大的成年雌虫受精。然后雄虫死亡，然而雌虫保持附着于根系统 并且继续摄食。膨胀的雌虫中的卵开始发育，最初在身体外的团块或卵囊 中，后来在线虫体腔中。最后整个成年雌虫体腔充满卵，线虫死亡。死亡 的雌虫的充满卵的身体称为胞囊。胞囊最后脱离根，在土壤中游离存在。 胞囊的壁变得非常坚硬，这为内部包含的大约200至400粒卵提供了优良 的保护作用。SCN的卵可在胞囊中存活直至合适的孵化条件出现。虽然许 多卵可在第一年内孵化，但还有许多卵将在该保护性胞囊内生存数年。