[发明专利]GmNDR1蛋白在促进水杨酸生物合成以及增强植物抗病中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及增强植物抗病性的蛋白、其编码核苷酸序列与应用。本发明的某些方面涉及将本发明提供的GmNDR1蛋白编码核苷酸序列导入植物细胞中，并使其表达，从而促进了植物水杨酸的合成以及增强植物的抗病性。

背景技术

植物在栽培生产过程中常发生各种病害，一些病害对植物生长构成极大威胁，如根腐病、灰斑病等。对于农作物，这些病害严重损害其产量和质量。对于植物病害，目前主要采用药物措施防治。最近人们开始应用非生物诱导剂诱导植物抗病性，并已广泛应用于烟草、马铃薯、番茄、黄瓜、菜豆、水稻等多种重要农作物。这种措施的效果虽然理想，但成本较高，并污染环境。因此，迫切需要开发新的生物学手段以提高植物自身的抗病性。

系统获得性抗性是植物的一种防御反应，当植物遭受病原体和害虫攻击时，这种反应会被诱导，并且能够迅速扩散到植株的其它部位以保护植物。病程相关蛋白PR是一类逆境蛋白，被认为在植物的抗病中起重要作用，其中编码PR1蛋白的基因常被用作植物抗病反应和系统获得抗性中的指示基因，PR1基因的表达在植物抗病反应中起重要作用。

水杨酸是广泛存在于植物体内的酚类物质，被认为是诱发系统获得性抗性的信号，可以诱导对病毒、细菌、真菌等多种病原体的抗性。研究表明，外施水杨酸后，PR1基因的转录被显著激活。研究还发现，当植物某部位遭受病原体攻击之后，植物体内水杨酸含量会增加，而且水杨酸的增加出现在PR1基因表达之前。(L Sticher，B Mauch-Mani，and JP Métraux.Systemic Acquired Resistance.Annual Review of Phytopathology，1997，35：235-270；ER Ward，SJ Uknes，SC Williams et al.，Coordinate Gene Activity in Response to Agents That Induce Systemic Acquired Resistance.The Plant Cell，1991，3：1085-1094)

研究进一步发现，植物中水杨酸的合成在很大程度上是通过异分支酸合成酶(ICS，isochorismate synthase)ICS1作用于底物异分支酸(isochorismate)从而合成水杨酸。但目前对于植物水杨酸合成调控的研究报道还极为少见。

NDR1(nonrace-specific disease resistance)基因是一种在植物系统获得性抗性的信号传导途径中起着非常重要作用的基因。具体来说，在拟南芥中它是一种阅读框架为651bp，可以编码217个氨基酸的基因，根据序列推测其有2个跨膜区，其可能处于植物抗病R基因介导的抗病信号通路的下游。NDR1功能的缺失可以导致活性氧的产生以及水杨酸合成的降低，进而导致植物对病原菌抗性减弱。然而，根据遗传学表型和功能分析发现，NDR1和另一种抗病信号传导途径中非常重要的EDS1(enhanced disease susceptibility)基因在作用的传导途径上是完全不同的，NDR1基因编码的蛋白是一种膜定位蛋白，据此分析，推测该蛋白可能具有与某一类R蛋白相互作用的能力，使得抗病蛋白在靠近细胞膜的区域附近形成较高浓度，进而更加容易识别病原菌无毒基因，从而加速植物的抗病反应。

作为一种植物抗病信号传导中非常重要的蛋白，对NDR1蛋白的生物工程研究具有重要的理论和实际意义。但是目前除了拟南芥和烟草外，对该基因在其它植物抗病基因工程的研究还尚无报道(窦道龙，王冰山，朱生伟等，转NDR1基因烟草对赤星病和晚疫病的抗性增强，中国农业科学，2003，36(10)：1120-1124)。由于大豆的遗传转化目前仍然存在成功率低、周期长和对设备及人员要求高等一些难题，因此过量表达大豆的NDR1基因是否会诱导水杨酸合成和植物抗病基因的表达，进而可能提高植物抗病性，仍然没有明确的答案。

发明概述

在一个方面，本发明提供了一种GmNDR1蛋白及其编码核苷酸序列，以及该GmNDR1蛋白的类似物蛋白及其编码核苷酸序列。

在另一个方面，本发明提供了一种增强植物抗病性的方法。所述方法包括将编码本发明GmNDR1蛋白的核苷酸序列导入植物细胞中，并使其表达。所述植物细胞可以来源于双子叶植物或单子叶植物。所述病害可以是根腐病、灰斑病等。在某些实施方案中，所述植物细胞是大豆细胞。