[发明专利]抗稻曲病基因OsRFS2在水稻遗传改良中的应用

说明书

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及抗稻曲病基因OsRFS2在水稻遗传改良中的应用。从水稻中克隆得到OsRFS2基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示，本发明通过基因工程技术改变OsRFS2基因的表达丰度，可以改良水稻对稻曲病的抗性。通过对OsRFS2基因的生物学功能的研究证明，在水稻中过量表达OsRFS2基因能使水稻对稻曲病菌表现出抗性增强的能力，通过调节OsRFS2基因表达水平影响水稻对稻曲病的抗病性。OsRFS2基因可用于培育抗稻曲病水稻品种中。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及OsRFS2基因的功能鉴定及在水稻抗稻曲病改良中的应用。本发明通过基因工程技术改变OsRFS2基因的表达丰度，可以改良水稻对稻曲病的抗性。OsRFS2基因可用于在培育抗稻曲病的水稻品种中的应用。

背景技术

随着全世界人口的不断增加、耕地面积的不断减少和环境的不断被破坏，粮食安全危机凸显。作为全世界范围内最为重要的主粮—水稻，病害是限制其安全生产的重要因素之一。尤其近十几年来，逐年严重的稻曲病，不仅造成水稻减产，更产生对人畜有害的毒素，严重威胁粮食安全。稻曲病是由稻曲病菌(病原无性态Ustilaginoidea virens,病原有性态Villosiclava virens)引起的水稻穗部病害。近十几年来，随着气候变化和我国高产优质杂交稻的大面积推广，以及水稻水肥水平的提高，稻曲病在我国各个水稻生产区大面积发生。生产上“红莲型”系列杂交稻对稻曲病全部表现为感病。近几年全国稻曲病年均发病面积超过1.5亿亩，稻曲病已经成为危害水稻安全生产的主要病害之一。稻曲病菌影响稻米成熟过程中的营养运输和正常发育，造成空秕率升高和千粒重下降，严重影响稻谷产量。稻曲病菌包裹谷粒，其产生的多种类型稻曲毒素污染稻米，人畜食用被稻曲毒素污染的稻米后，稻曲毒素可强烈抑制人畜微管蛋白组装和细胞骨架形成，严重抑制人畜细胞正常发育，对人畜健康造成极大威胁。文献报道食用稻曲毒素污染稻米的母鸡不产蛋，食用稻曲毒素污染稻米的母猪流产，稻曲毒素污染水体的水产动物发育畸形等。目前农业生产上对稻曲病的防治依赖于大量农药的喷施，而农药的喷施不仅增加人力、物力的投入，农药的残余更会造成对环境的不可修复污染。因此发掘水稻自身的抗稻曲病基因，改良水稻对稻曲病的抗病性，对培育优质抗病水稻新品种具有重要的实际生产意义。

目前针对稻曲病菌—水稻相互作用的研究相对比较少。针对稻曲病菌的研究，国内外少数几个实验室通过构建稻曲病菌突变体库，结合转录组分析等方法克隆了一些稻曲病菌的基因，研究发现它们在稻曲病菌的致病过程中发挥作用，敲除这些基因可以在一定程度上降低稻曲病菌的致病力。针对水稻抗稻曲病基因发掘的研究，通过对稻曲病菌侵染水稻幼穗的转录组分析，发现部分参与水稻的细胞磷酸化、细胞程序性死亡、细胞壁合成、脱落酸信号、钙离子调控、种子淀粉储藏、胚形成等相关基因的表达量在稻曲病菌侵染水稻幼穗前后发生了变化，但这些基因是否真正参与水稻对稻曲病菌的抗性，目前尚缺乏直接的遗传学证据。

对水稻不同种质资源进行稻曲病抗病性比较研究发现不同水稻品种对稻曲病存在抗病性的差异，暗示在部分水稻种质资源中存在尚未发掘的抗稻曲病基因。国内相关研究单位通过构建由抗稻曲病和感稻曲病水稻遗传材料组成的重组自交系群体或导入系群体，在水稻的多条染色体上鉴定到抗稻曲病数量性状位点。或通过全基因组关联分析发掘到基因组上序列变异与抗病性之间存在关联。但截至到目前，这些抗稻曲病数量性状位点中是否包含抗稻曲病基因，以及这些抗稻曲病基因能否通过遗传学手段改良水稻对稻曲病的抗病性不得而知。

本发明研究发现，水稻中的OsRFS2基因正调控对稻曲病菌的抗性。过量表达OsRFS2基因可以增强水稻对稻曲病菌的抗病性，而敲除OsRFS2基因表达可以显著降低水稻对稻曲病菌的抗性。本发明对于重要粮食作物水稻在抗稻曲病的改良上具有重要的意义。

发明内容