[发明专利]可与Hpa1结合并提高植物抗病性和衰老的植物基因HIR1

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域的基因，尤其涉及一种可与Hpa1结合并提高植物抗病性的植物基因HIR1。

背景技术

植物病原菌能够侵染寄主植物，在侵染点附近引起症状，是克服了寄主植物的免疫系统，成功地从寄主植株获得了所需的营养物质。在病原菌与寄主植物的识别过程中，双方的多种基因和信号传导机制共同参与。植物病原细菌的III型分泌系统是病原菌能够侵染和建立寄生关系的关键致病因子，它是由近30个基因形成的基因簇，经过一定的表达和调控机制组装成一个hrppilus，将细菌合成的效应蛋白分泌到细胞外，注射到寄主植物细胞，引发寄主植物的抗病或感病反应。通过III型系统分泌并注射进入植物细胞的效应蛋白分为两大类：一类是起到转录激活作用，通过特定的识别密码，特异性地结合到寄主植物基因启动子区域，激活下游基因的表达。另一类效应蛋白所起的功能是干扰前种识别。因此，植物病原细菌在植物上引发的是感病还是抗病症状，取决于侵染过程中分泌蛋白所诱导的植物反应是感病反应更强还是抗病反应更强。

Harpin蛋白是植物病原细菌的蛋白激发子，由植物病原细菌的III型分泌系统的1个基因编码，超量的Harpin蛋白能够在非寄主指示植物上诱导细胞快速死亡，引起过敏反应的产生。目前，已经从植物病原细菌中发现了至少5种Harpin蛋白，其中包括来自稻黄单胞菌的Hpa1蛋白。这些Harpin蛋白虽然都可以从III型系统分泌到胞外，但它们的氨酸序列不尽相同，揭示非寄主指示植物对它们的识别存在差异。由Harpin蛋白诱导的细胞快速死亡就是植物产生的一种抗病反应。从植物中筛选和克隆Harpin蛋白的互作或识别蛋白，一方面有助于解析Harpin蛋白诱导植物抗病反应的作用机理，另一方面，更能有助于我们发掘和利用来源于植物源的抗性基因。通过一定的分子设计，在植物中改进Harpin互作或识别蛋白的表达水平，可以有效的诱导植物抗病反应信号。该途径最大的优点在于避开了病原菌侵染时，细菌效应分子在识别阶段对抗病反应的干扰或抑制，而直接从下游启动植物的抗病信号，不易被病原生物的遗传进化所克服，导致抗性丧失。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有抗病基因资源不足，大多易被病原菌遗传进化克服的缺点，提供一种来自水稻和烟草植物的可与Hpa1结合并提高植物抗病性的植物基因HIR1。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明涉及的是来自水稻和烟草植物的HIR1，能够识别稻黄单胞菌激发子Hpa1，并增强植物的抗病性。通过蛋白质-蛋白质互作，以Hpa1为诱饵，从水稻中克隆了其互作基因OsHIR1，序列如SEQ ID NO.1所示，序列长度为2262bp，编码754个氨基酸，氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示；从烟草中克隆了其互作基因NbHIR1，序列如SEQ ID NO.3所示，序列长度为1530bp，编码510个氨基酸，氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示；OsHIR1和NbHIR1能够结合Hpa1中的特异性序列为SEQ ID NO.5，能够特异性被Hpa1结合的序列为SEQ ID NO.6。所述的HIR1基因产物HIR1蛋白能够在病原菌侵染时增加合成，增强植物的抗病反应，加速烟草叶片侵染点附近细胞的快速衰老和死亡。

本发明的HIR1基因由以下方法获得：

利用酵母双杂交技术，以稻黄单胞菌蛋白激发子Hpa1为诱饵，从水稻cDNA文库中筛选互作蛋白基因OsHIR1，与已经登录的日本晴水稻数据库比对，发现其与α-半乳糖基转移酶编码基因具有100％的一致性。根据序列的保守性，设计简并引物从烟草中扩增出同源基因NbHIR1。将NbHIR1基因克隆到病毒载体2mDNA1上，利用病毒介导的基因沉默技术(VIGS)在非寄主植物烟草上瞬时表达，植株对Hpa1蛋白的敏感性降低，产生过敏反应的最低有效浓度增加了3倍，同时，生长优势明显，株高和叶片大小增加明显。通过接种实验，HIR1过表达植物的抗病能力最强。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明获得了烟草和水稻植物中识别稻黄单胞菌Hpa1蛋白的HIR1的编码序列，对植物的生长发育和抗病性具有重要作用，为运用分子遗传学方法改良作物的生长和抗病性状提供了抗性资源。所获得的基因来源于植物本身，可以获得稳定的抗性遗传，克服了病原菌致病效应分子进化所导致的抗性丧失，具有广泛的应用前景。