[发明专利]稻瘟菌MoLON1基因的功能及其应用

说明书

技术领域

本发明属生物工程技术领域，具体涉及植物病害防治领域中影响稻瘟菌分生孢子产生与致病力的基因及其编码蛋白在植物病害防治中的应用，以及作为稻瘟菌防治药物靶标的应用。

背景技术

由稻瘟菌(Magnaporthe oryzae)引起的水稻稻瘟病是影响世界水稻产量的重要病害，在我国已成为三大水稻病害之一。每年由稻瘟菌侵染造成的水稻产量损失在10％到30％左右，重病地块甚至会绝收。从2001到2005年，我国有570万公顷的水稻被稻瘟菌破坏(Wilson and Talbot，2009)。由于稻瘟病在经济方面的重要性，以及稻瘟菌在培养和遗传方面的易操作性，稻瘟菌致病系统已经成为研究植物病原真菌与寄主互作的理想模式系统。稻瘟菌与水稻相互作用的研究有助于理解稻瘟菌的致病机理，为建立稻瘟病防治的新方法和新途径提供科学依据。

稻瘟菌能够侵染处于各个生育期的水稻，并可侵染水稻的叶、茎、节和花序等组织。除了水稻外，该菌也能够侵染多种禾本科植物，如小麦、大麦，狗尾草等。稻瘟菌的侵染过程在细胞水平上的研究始于上世纪60年代(Suzuki，1965)。在其侵染的初期，分生孢子附着于叶片的表面(Tucker and Talbot，2001)(Talbot，2003)(Xu et al.，2007)。孢子萌发后，新生芽管可以识别水稻坚硬、疏水的表面，并在3小时内形成附着孢，附着孢通过兼容性溶质(如甘油)的积累可以形成高达8MPa的膨胀压。稻瘟菌借助于形成于附着孢的底部的侵染钉，和其他因子一起破坏寄主的表皮和细胞壁(Dean et al.，2005)，引导其进入第一个被侵染的表皮细胞。研究表明(Kankanala et al.，2007)，一旦真菌侵入植物组织，稻瘟菌首先形成未分支的侵染菌丝，然后分化形成球状侵染菌丝(Xu et al.，1998)，这些菌丝会迅速充满第一个被侵染的表皮细胞。这些侵染菌丝会寻找胞间连丝，沿着胞间连丝扩展去破坏其他的细胞。在侵染的早期阶段，稻瘟菌处于生物营养型阶段，在此过程中稻瘟菌被内陷的寄主细胞膜包被，球状、分支的稻瘟菌细胞可从活体植物细胞中吸收营养。随着侵染的扩展，当损伤变的明显时，稻瘟菌逐渐进入死体营养型阶段(Ebbole，2007；Talbot，2003)。

在过去的数十年中，科学家们对稻瘟菌早期侵染过程的分子生物学机制已经有了比较明确的认识(Ding et al.，2010；Wilson and Talbot，2009；Zhao et al.，2007)。比如，附着胞的发育和和细胞周期的调节紧密相关，一个编码在有丝分裂中必需的蛋白激酶基因(MgNIMA)基因的突变阻止了附着胞的发育(Veneault-Fourrey et al.，2006)。而附着胞中脂肪酸的分解代谢对侵染钉的形成至关重要，编码脂肪酸β氧化多功能酶MFP1基因的缺失会明显降低稻瘟菌的致病性(Ramos-Pamplona and Naqvi，2006；Wang et al.，2007)。侵染钉的形成还需要MAPK信号途径的参与。MIG1基因编码的转录因子在Mps1MAPK的下游起作用，Δmig1突变体不能形成侵染性菌丝，故不能侵染植物(Mehrabi et al.，2008)。

与稻瘟菌早期侵染过程的研究相比，由于侵染后涉及直接的互作过程，目前对侵染性菌丝在寄主体内的发育和生长机制研究较少，对稻瘟菌逃避或者抑制寄主的防御反应机制的研究也不够完善。虽然已经找到一些基因在菌丝侵染性生长中起作用，比如PMK1和PDE1ATPase，但是这些基因也同时参与了其他的发育和侵染过程(Ding et al.，2010)。对稻瘟菌的生长和侵入没有明显影响，而仅对稻瘟菌在植物体内侵染特异的基因和突变体报道不多。Urban等报道的ABC转运蛋白基因(Urban et al.，1999)，Chi等报道的DES1基因(Chi et al.，2009)和Ding等报道的组蛋白脱乙酰酶复合体(Ding et al.，2010)。2009年，Chi等报道了一个编码未知蛋白的DES1基因的敲除对稻瘟菌的发育和侵染没有明显影响，但是ΔDES1突变体侵染水稻后，不能再寄主体内进行侵染性生长。2010年，Ding等报道了组蛋白脱乙酰酶复合体也可以调节稻瘟菌在侵入植物后的侵染性的生长，从而揭示了染色质的修饰在在调节稻瘟菌致病中的重要性。因此，对稻瘟菌侵入植物后和植物的相互作用的研究不仅可以进一步的揭示两种生物的作用机制，为防治稻瘟病提供理论依据，也已成为水稻-稻瘟菌互做研究的热点和难点问题。