[发明专利]水稻抗病相关基因OsDR9及其在改良水稻抗病性中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域。具体涉及一个水稻抗病相关基因OsDR9的分离克隆、功能验证和应用。OsDR9基因是水稻抗病反应中的负调控因子。抑制OsDR9基因的功能可以显著增强水稻抵抗病害的能力。

背景技术

植物在生长的过程中，受到多种病原物的侵害。植物病原物的种类繁多，包括病毒、细菌、霉菌和线虫等。病原物侵入植物导致两种结果：(1)病原体成功的在寄主植物内繁殖，引起相关的病症；(2)寄主植物产生抗病反应，杀死病原物或阻止其生长。利用抗性基因资源改良植物的抗病性，是预防病害同时又保护环境的根本出路。

植物的抗病反应是多基因参于调控的复杂过程。参于植物抗病反应的基因分为两类：(1)抗病(主效)基因，又称R(resistance)基因和(2)抗病相关基因。

根据目前人们对抗病基因功能的认识，抗病基因的产物主要是作为受体，直接或间接与病原蛋白相互作用，启动植物体内的抗病信号传导路径(Tang等，1996；Baker等，1997；Jia等，2000；Dangl和Jones，2001；Nimchuk等，2001)。抗病基因介导的抗病反应抗性强，是很好的基因资源。但由于下述原因，使利用这类基因改良植物抗性受到限制：(1)抗病基因的资源有限，如目前知道的抵抗水稻重要病害白叶枯病的抗病基因少于30个，抵抗另一水稻重要病害—稻瘟病的抗病基因也只有大约40个；目前还没有发现抵抗水稻胡麻叶斑病的抗病基因；(2)抗病基因具有病原种类和病原生理小种特异性，抗病范围有限；(3)因为病原的快速突变，一个抗病基因的作用往往几年或者十几年后就丧失了。

抗病相关基因是指除抗病基因外所有参于抗病反应的基因，它们的编码产物参于合成植物体内抗病信号分子、参于信号传导、阻止信号传导或参于防卫反应等。这类基因的共同特点是病原诱导后它们的表达量升高或减少。因此人们可以根据病原诱导前后基因的表达量的差异大规模地鉴定植物抗病相关基因(Schenk等，2000；Zhou等，2002；Chu等，2004)或者通过筛选抗性发生改变的突变体发掘新的抗病相关基因。目前，人们对抗病相关基因的认识有限。根据已有报道，大多数抗病相关基因单独作用时的抗性能力可能比抗病基因小。但根据下述原因，它们是值得大力开发的基因资源：(1)由于绝大多数抗病相关基因的产物不需要直接与病原物相互作用，这类基因是具有持久抗性的基因资源；(2)大多数抗病相关基因参于的抗病反应没有病原特异性，因此它们是具有广谱抗性的基因资源；(3)这类基因的资源丰富。但是，水稻中虽然鉴定了很多抗病相关基因(Zhou等，2002；Chu等，2004)，这些基因在水稻抗病反应中的作用机理、以及单个抗病相关基因是否会引起水稻抗病表型的改变都不清楚。

水稻是世界上重要的粮食作物，但病害的影响常常造成其产量和品质的下降。因此，了解病害的发病机制，有助于利用高效途径改良水稻品种的抗性，控制病害的发生，减少或避免植物病害所带来的损失。

分离克隆抗病相关基因是利用这类基因改良植物抗病性的前提。通过农杆菌的T-DNA插入标签的方法大规模分离功能基因(包括抗病相关基因)是一个行之有效的方法(Wu等，2003；Yuan等，2007)。T-DNA插入被认为是一个随机的事件，因而只要有足够多的遗传转化植株就可以获得饱和水稻基因组的突变体材料，即使基因组内每个基因都可能有相应的T-DNA标签插入(Aziprozi等，1997；Krysan等，1999)。本发明研究人员所在的实验室已经构建了约含129,000个独立转化植株的水稻T-DNA插入突变体库(Wu等，2003；Zhang等，2006)，通过筛选这些突变体可以发掘大量可以用于改良水稻的抗病相关基因。同时，与抗病基因的应用相比，抗病相关基因的应用能提供植物更为广谱及长效的抗性。通过抑制作为抗病反应负调控因子的抗病相关基因的功能进行水稻品种的改良，将进一步增强植物的抗病性，拓宽植物的抗谱。这些方面是采用常规植物育种和改良技术所不能达到的。

发明内容

本发明的目的是从水稻T-DNA插入突变体中分离克隆一个抗病相关基因完整编码区段的DNA片段，这个基因被命名为OsDR9(Oryza sativa defense responsive 9)。