[发明专利]一种协调植物生长与抗病相关基因及其编码蛋白与应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体地说，本发明涉及一种调控拟南 芥生长和抗病的基因LHR(Leaf and Height Regulator)，该基因所编码的 蛋白质及其功能类似物，以及含有所述LHR基因核苷酸序列的载体和含 有该基因核苷酸序列或该载体的宿主细胞。

背景技术

当今世界粮食短缺，如何提高粮食产量来解决日益增长的粮食需求是 一个不容忽视的问题。植物生长在自然环境中，会受到环境中很多不利因 素的影响，分为非生物胁迫和生物胁迫。其中生物胁迫包括细菌、真菌、 病毒、昆虫、线虫等。这些植物病害给农作物的产量带来严重损失。植物 进化出一系列的防御机制来减低这些伤害，但同时这些诱导的抗性会影响 植物的生长与产量，因此，认识植物对病害的反应和这种生长的适应性调 节机制，在提高植物的抗病性的同时尽量增加植物产量，已成为农业进一 步增产的重要基础研究，倍受世界各国政府和科学家的关注，也是当前生 命科学研究的热点。

拟南芥是一种典型的模式植物，广泛用于植物遗传学、发育生物学和 分子生物学的研究。拟南芥的大多数基因在其他植物中都能找到，有关拟 南芥的发现都很可能应用于其他植物研究，专家指出，对拟南芥的研究将 帮助科学家找到提高农作物产量的方法。

目前研究发现，一种植物内源的激素水杨酸(Salicylic acid，SA)在 植物抗活体营养和半活体营养病原菌的反应中起重要作用⁽¹⁾。病原菌侵染 植物会诱导植物体内水杨酸含量增加和一类发病进程相关基因 (pathogenesis-related，PR)表达，从而产生一种广谱持久的免疫反应， 称为系统获得性抗性(Systemic acquired resistance，SAR)⁽²⁾。通过分子遗 传研究鉴定出水杨酸通路中一个重要的因子NPR1(Nonexpresser of PR genes)⁽³⁾。NPR1编码一个含Ankyrin Repeats结构的蛋白，在细胞质氧化还 原态的改变下进入细胞核与转录因子TGA等共同作用，调节下游抗性响 应基因表达，如PR1、PR2、PR5，从而使植物产生抗病性^(3，4，5)。另外，WRKY 是另一类广泛参与植物抗病反应的转录因子，拟南芥中有74个，其中8 个被鉴定为NPR1直接的转录底物⁽⁶⁾。过表达WRKY18，WRKY40等，可 以增强植物的抗病性，但同时导致植物产生矮化表型⁽⁷⁾。

对另一些突变体的研究同样发现，持续表达抗性的突变体大部分都 表现为矮化的表型，而植物体内另一类激素生长素(auxin)在调节这一适 应性生长过程中起重要作用。研究表明生长素与水杨酸存在拮抗的作用， 生长素含量升高会抑制植物抗病性，植物抗病性需要抑制生长素通路的相 关基因，水杨酸处理会抑制植物的生长素相关基因^{(8，9，10，11)}。水杨酸与生长 素之间又是如何发生拮抗的？目前研究只发现GH3.5在这个过程中起作 用。GH3.5是生长素早期响应基因，编码一类生长素氨基酸偶联酶，可以 抑制生长素活性，从而抑制植物生长，使植物将更多的代谢资源应用于抗病 反应，在病害下更好的存活⁽¹²⁾。

目前，水杨酸介导的抗病反应与生长素介导的生长调节的偶联机制 仍不清楚。其中涉及到的关键基因仍未鉴定出。

本发明从加深理解植物抗病与生长适应性调节的分子机理，提高粮食 抗病与产量出发，通过对拟南芥突变体的研究鉴定了一个协调水杨酸介导 的抗病反应与生长素介导的生长调节的基因LHR，并通过功能互补实验也 已鉴定了该基因。

发明内容

在第一个方面，本发明提供一种协调植物生长和抗病的基因LHR编 码的蛋白质或其功能类似物，其中所述LHR编码的蛋白质具有SEQ ID NO：2 所示的氨基酸序列，所述功能类似物是SEQ ID NO：2所示的氨基酸序列经 过取代、缺失或添加一个或多个氨基酸且具有协调植物生长和抗病功能的 类似物，或与SEQ ID NO：2所示的氨基酸序列具有至少55％的同源性的功 能类似物。在一个实施方案中，所述蛋白质具有SEQ ID NO：2所示的氨 基酸序列。