[发明专利]水稻Xa4基因及在改良水稻多种农艺性状中的应用

说明书

本发明涉及植物基因工程技术领域。具体涉及水稻Xa4基因及在改良水稻多种农艺性状中的应用。本发明包含水稻主效抗白叶枯病基因Xa4的分离克隆、功能验证。Xa4基因介导水稻对白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)快速抗病反应；该基因也调控水稻的茎杆强度和株高。携带Xa4基因的水稻高抗白叶枯病，穗下茎杆强度提高，株高降低。Xa4基因的这些功能特点可以抵抗病害的损害，降低茎秆折断和植株倒伏的风险，为水稻稳产提供了潜在保障。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域。具体涉及到一个水稻主效抗病基因Xa4的分离克隆、功能验证和应用研究。将该基因转入水稻，转基因水稻可以产生Xa4介导的高抗白叶枯病菌的防卫反应，同时增强茎秆强度，降低水稻的株高。

背景技术

白叶枯病是世界水稻生产中最严重的细菌性病害，由稻黄单胞杆菌的致病变种白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae)引起；水稻遭受白叶枯病危害后造成减产，严重时甚至绝收(Kou和Wang，2013)。

控制白叶枯病流行的最好的方法是改良水稻品种的抗性，而优良抗性基因资源的发掘则是实现上述目标的前提。植物的主效抗病基因调控的抗病反应抗性强、反应快，通常是育种工作者首选的抗性基因资源。

目前已被命名的主效抗白叶枯病基因有30多个，但是报道被分离克隆的主效抗白叶枯病基因仅有8个：包括显性主效抗病基因Xa1、Xa3/Xa26、Xa10、Xa21、Xa27和隐性主效抗病基因xa5、xa13、xa25；另外多个主效抗白叶枯病基因(Xa4、Xa7、Xa22(t)、Xa23、xa24、Xa31(t))被精细定位(Xiang等，2006；储昭晖和王石平，2007；Wu等，2008；Wang等，2009；Liu等，2011；Tian等，2014)。

主效抗病基因Xa4是一个在我国和其他亚洲国家的育种中广泛应用的基因。它首先在水稻品种IR20，IR22和IR1529-680-3中被鉴定出来(Petpisit等，1977)。该基因具有全生育期抗性，主要抗白叶枯病菌菲律宾生理小种1、5、7、8和10以及我国7个白叶枯病菌生理小种中的6个小种(生理小种1、2、3、4、6和7)，被认为具有持久抗性(Reddy和Bentur，2000；胡珂鸣和王石平，2009)。

倒伏是制约水稻高产稳产的另一个重要因素。水稻倒伏多发生在抽穗后，谷粒灌浆期，使植株得不到足够的光照而影响光合作用的进行，进而减产；在地面湿度较大的情况下，倒伏后的水稻谷粒可能会发芽，霉烂，严重影响稻米品质(Setter等，1997)。株高是影响水稻倒伏的重要因素。过高植株消耗营养，限制了产量潜力的发挥。第一次绿色革命的重要标志之一就是水稻矮化育种的成功(Hedden，2003)，提高了水稻的单产。在此基础上，育种人员以半矮秆材料为亲本进行杂交稻育种，利用亲本材料中的半矮秆基因调控杂交稻的株高，产生较强的矮化效应，从而避免杂种优势向株高优势转化，更多地转化为产量优势，实现了水稻单产的再次飞跃。茎秆的机械强度不足也是水稻倒伏的重要原因。在水稻灌浆后期，穗重不断增加，遇到大风或其他机械作用，如果茎秆的机械强度不足，一旦承受不住穗部或植株上部的重量而很容易发生大面积倒伏。因此，发掘和鉴定调控水稻株高和茎秆强度的基因，实现对水稻株高和茎秆强度的定向改良，可以有效减轻倒伏对水稻产量和品质的影响，对提高水稻生产潜力具有重要的应用价值。

Xa4基因在我国的水稻品种改良中具有很好的应用前景，获得Xa4基因克隆将有利于最有效地利用这一优良基因资源。另外，获得Xa4基因克隆也是研究水稻抗病机理、茎秆强度和株高调控机理的前提。揭示水稻抗白叶枯病的机理以及茎秆强度和株高调控机理可以更好的控制和降低白叶枯病菌对水稻的危害以及有目标的改良水稻茎秆强度和株高。同时，对克隆的抗病基因的修饰和改造，可以人为控制和增加植物的抗病性，拓宽植物的抗谱。这些方面是采用常规植物育种和改良技术所不能达到的。

发明内容