[发明专利]抗稻瘟病菌的水稻基因OsWRKY19及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种抗稻瘟病菌的水稻基因及该基因的用途。

背景技术

水稻(Oryza sativa L.)作为重要的粮食作物，与全球特别是亚洲国家的粮食安全息息相关，如何提高水稻抗病虫害能力是各国农业科学家所关心的一项重要研究课题。稻瘟病是危害最严重的水稻病害，长年均有不同程度的发生，能导致水稻减产10-30％，如何防治稻瘟病是关系到各国尤其是水稻主产国粮食安全的重大问题。栽培抗病水稻品种是防治稻瘟病的重要手段：通过传统的遗传手段，国内外的育种学家获得了一些具有较好稻瘟病抗性的水稻品种。然而，传统育种周期过长且效率低下，并且由于稻瘟病菌生理小种遗传的复杂性、致病的多样性，往往造成抗病品种在推广种植3-5年后抗性消失，引起稻瘟病复发和流行。防止稻瘟病的另一种方法是通过喷洒杀真菌剂进行化学防治，但该方法既昂贵又污染环境，而且长期有效的杀菌剂的缺乏也使之不能成为有效的防治稻瘟病的手段。所以，通过分子生物学方法研究水稻的稻瘟病抗性并在其基础上进行分子育种，有望克服传统防治方法的种种限制。

水稻-稻瘟病菌相互作用的研究作为研究植物-真菌病理分子机制的模型，近十年来受到植物学家和植物病理学家的广泛关注。在水稻-稻瘟病菌的相互作用中，研究比较多的有两类基因：一是识别病原菌的抗性基因，二是与防卫反应相关的基因，这两类基因在水稻的防卫反应中发挥着重要的作用。其中抗性基因的作用是介导植物对稻瘟病菌无毒基因产物的识别，并引起水稻对稻瘟病菌的特异性的抗性。它们的相互作用模式遵循基因对基因假说，植物与病原微生物的相互作用取决于寄主的抗性基因与病原菌的无毒基因，只有当它们同时存在时植物才表现出抗性。当抗性基因产物与无毒基因产物相互识别后，首先在病菌侵入部位的植物细胞及邻近的细胞中会迅速诱导形成超敏反应，同时诱导水稻的其它防卫反应，如活性氧的释放，植物细胞壁的加固，植保素、植物防御素、几丁质酶、蛋白酶抑制剂的合成以及其他病程相关蛋白和防卫相关蛋白的诱导合成，以便最快地控制或杀死侵入的病菌。植物超敏反应的启动及其引起的防卫信号的传导，最终使寄主的其它组织对随后的病原菌产生广谱抗性，即系统获得性抗性。

除了以上两类基因外，还有一些参与水稻信号途径的基因也参与水稻对稻瘟病菌的防卫反应。2006年Reyna等人对水稻中的17个MAPK进行了研究，发现其中有9个基因可以被稻瘟病菌诱导表达，说明这些MAPK可能在水稻的防卫反应的信号传导中具有一定功能。2009年，Li等人研究了OsWAK1基因的功能，该基因可以被伤害、SA、MeJA还有稻瘟病菌诱导表达，在水稻中组成型表达OsWAK1可以使转基因植株对稻瘟病菌致病小种产生抗性，说明该基因在水稻防卫反应中具有重要作用。此外，在水稻中过量表达OsWRKY31或OsWRKY53基因，都会增强植物对稻瘟病菌的抗性。这些基因编码参与水稻防卫反应信号通路的调控，初步的研究发现它们在水稻抗病过程中具有重要功能，它们的具体功能以及作用机制还需要进一步的研究。

通过各种方法找到的参与水稻防卫反应的基因都具有潜在的生产应用价值，而借助成熟的水稻转基因技术可以快速地得到大量转基因株系。20世纪80年代以来，随着生物工程技术的兴起与完善，特别是基因工程技术在作物改良方面的广泛应用，为培育抗病品种提供了新的手段。植物抗病转基因成为生物技术人员的研究热点，高效稳定的水稻转化系统的建立为外源基因转化水稻创造了条件。具体说来，水稻抗病的基因工程主要从抗性(R)基因和防卫基因两个方面进行。