[发明专利]水稻抗病基因RGA5-HMA5及其在水稻育种中的应用

说明书

本发明公开了一种水稻抗病基因RGA5‑HMA5及其在水稻育种中的应用。本发明以RGA5基因为基础，将RGA5所编码蛋白质碳末端的重金属(HMA)结构域进行点突变，获得了RGA5基因突变体RGA5‑HMA5。实验表明RGA5‑HMA5所编码的蛋白质能够特异性识别稻瘟病菌的效应蛋白AVR‑Pik，以解除其对RGA4基因的抑制作用，激活水稻体内的免疫反应，改变了其识别从而使含有该抗病基因的水稻获得了对含有AVR‑Pik效应蛋白的稻瘟菌抗性。本发明对于水稻抗稻瘟病遗传改良及抗病品种选育具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种水稻抗病基因RGA5-HMA5及其在水稻育种中的应用。

背景技术

水稻作为世界上最重要的粮食作物之一，为全球50％以上人口提供食物来源。但水稻的生产常受到多种病害的威胁，其中由稻瘟病菌引发的水稻稻瘟病是影响水稻产量的最主要病害之一。每年因稻瘟病造成水稻减产量约为总产量的20-30％。植物具有高效的内源免疫系统以抵御各种病原菌侵染，该免疫方式依赖于抗病蛋白特异性识别病原菌分泌的效应蛋白。这种识别往往会引起局部细胞程序性死亡，也称为过敏反应(HR)。通常，含有核酸结合及亮氨酸重复结构域的NB-LRR型抗病蛋白能够特异性识别效应蛋白。NB-LRR家族蛋白所介导的无毒蛋白识别机制是水稻抗稻瘟病的主要方式之一。其中，有些水稻稻瘟病抗性基因在基因组上是以成簇串联的形式存在的。例如，RGA4与RGA5以成对的形式发挥其功能。在正常生长条件下，RGA4编码蛋白具有激活水稻病害抗性及诱导细胞死亡的功能，而RGA5能够抑制RGA4的活性以保证水稻植株正常生长发育。在稻瘟病菌侵染水稻的条件下，稻瘟病菌分泌的无毒蛋白AVR1-CO39或AVR-Pia能够特异性的与RGA5蛋白的重金属(HMA)结构域结合，进而解除RGA5对RGA4的抑制作用，激活水稻免疫反应，表现为抗病。

近年来，利用生物多样性持续控制作物病害，是国内外的研究热点之一。实践表明，应用生物多样性与生态平衡原理，进行农作物遗传多样性、物种多样性的优化布局和种植的相关研究已成为国际农业研究的热点和农作物病害防治的发展趋势。通过物种多样性种植方法增加了农田的物种多样性和农田生态系统的稳定性，减轻了植物病害的危害及因化学农药的施用而造成的环境污染，提高了农产品品质和产量。前期表明通过多个水稻品种田间混种的方法有效地控制了稻瘟病发生，水稻稻瘟病发病率平均控制在5％以下，与净载优质稻相比，对稻瘟病的防效达81.1％-98.6％，减少农药施用量60％以上，抗倒伏率100％，每公顷增产优质稻630-1040Kg。Twng等人发现将杂交水稻品种与传统糯性水稻品种间种能够有效降低稻瘟病发病率，相较于单一品种地块，糯性水稻品种稻瘟病发病率降低约94％。尽管通过不同水稻品种田间混种的方式可以有效防治稻瘟病的发生，但是该策略在农业生产的广泛应用上仍然具有一定的局限性。例如，不同品种混合栽种时，品种的混合比例随生长季的改变而变化，农民在新的生长季需重新进行混种，既费时又费力。另外，不同农艺特性品种水稻混种时，往往会造成收获困难，如早熟品种与晚熟品种混合栽种将使收获期延长，增加人力物力消耗。不同品种混种也不利于田间管理，在调整田间种植密度、施肥、除草等方面存在困难。不同品种混种使得收获的农产品质量良莠不齐，从而影响销售。基于此，如果可以开发一系列只是在抗性识别上有差异，其他遗传背景的相同的新近等基因系水稻抗病品种，进而打破上述局限性，从而将通过田间混种的方式生态防治稻瘟病的策略更为广泛地应用于农业生产，有效减少农药的使用，获得环境和经济效益的双丰收。

发明内容

本发明的目的是提供水稻抗病基因RGA5-HMA5及其在水稻育种中的应用。

本发明首先保护蛋白质(命名为RGA5-HMA5蛋白)，是由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质。

本发明还保护编码所述蛋白质的基因(命名为RGA5-HMA5基因)。

所述基因为序列表中序列2所示的DNA分子。

本发明还保护含有所述RGA5-HMA5基因的重组表达载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌。