[发明专利]小麦抗赤霉病相关蛋白TaRBL及其编码基因与应用

说明书

本发明属于生物技术领域，公开了小麦抗赤霉病相关蛋白TaRBL及其编码基因与应用。本发明从小麦品种苏麦3号中克隆得到RBL基因，将其命名为TaRBL，并通过酵母双杂交和双分子荧光互补实验证明RBL与小麦赤霉病抗性蛋白PFT互作。并构建了用于沉默小麦中TaRBL基因的病毒载体，降低TaRBL基因的表达，得到沉默TaRBL小麦。本发明进一步通过实验证明：沉默TaRBL小麦接种赤霉病菌后，其病小穗数均显著高于对照组，小麦植株显现明显的赤霉病抗性丧失表型。说明通过沉默手段来抑制小麦中TaRBL基因在植物中的表达，可降低小麦对赤霉病的抗性，对于研究小麦赤霉病，提供敏感型株系，为小麦抗病基因研究做出贡献。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及小麦抗赤霉病相关蛋白TaRBL及其编码基因与应用。

背景技术

小麦是世界上种植面积最大的粮食作物，是人类最最重要的粮食来源之一。赤霉病是一种主要发生在小麦、大麦和玉米等作物的半腐生真菌病害，而小麦赤霉病(Fusariumhead blight,FHB)是小麦最主要的病害之一。小麦赤霉病是由禾谷镰刀菌引起的一种世界性病害，我国长江中下游和东北麦区一直是其常发和重发区域。近年来，受气候变化、小麦-玉米轮作制度下秸秆还田等影响，赤霉病已成为黄淮麦区的常发病害。感病籽粒含真菌毒素如脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol,DON)，不仅危害人畜健康，还严重影响食用和饲用价值。因此，小麦抗赤霉病研究引起抗病遗传育种家的高度重视。

来源于苏麦3号的3B染色体短臂上的Fhb1抗性位点是小麦赤霉病抗性最强、最稳定的抗性位点。但受限于小麦基因组庞大且为异源多倍体等原因，Fhb1位点抗性基因克隆研究一直进展缓慢。直到2016年，Rawat等人利用突变分析、基因沉默和转基因过表达等技术在苏麦3号Fhb1位点中鉴定到一个成孔毒素相似基因(PFT)赋予了小麦赤霉病抗性，将PFT基因在感病品种Bobwhite和Fielder转基因过表达后发现转基因植株对赤霉病的抗性明显提高，因此认为PFT是Fhb1位点的主要抗性基因(Rawat N,Pumphrey M O,Liu S,etal.Wheat Fhb1encodes a chimeric lectin with agglutinin domains and a pore-forming toxin-like domain conferring resistance to Fusarium headblight.Nature genetics,2016,48(12):1576)。然而，该基因的抗性作用随后一直被质疑，因为在许多赤霉病感病品种中也鉴定到PFT基因的存在，且具有一定的基因表达(He Y,Zhang X,Zhang Y,et al.Molecular characterization and expression of PFT,an FHBresistance gene at the Fhb1 QTL in wheat.Phytopathology,2018,108(6):730-736)。2019年，Su等(Su Z,Bernardo A,Tian B,et al.A deletion mutation in TaHRC confersFhb1 resistance to Fusarium head blight in wheat.Nature genetics,2019,51(7):1099-1105)和Li等(Li G,Zhou J,Jia H,et al.Mutation of a histidine-richcalcium-binding-protein gene in wheat confers resistance to Fusarium headblight.Nature genetics,2019,51(7):1106-1112)分别利用Ning7840和望水白等种质资源(含有Fhb1位点抗性位点)同时在Fhb1位点临近PFT位置鉴定到一个富含组氨酸的钙离子结合蛋白基因(His or TaHRC)为该位点的主要抗性基因，但两个研究团队对该基因的抗性机制研究结果不同。Su等认为TaHRC编码蛋白是敏感因子类的蛋白，该基因的表达有助于禾谷镰刀菌的侵染，Fhb1位点抗性是由于该基因缺失而产生的基因缺失型抗性(loss-of-function)；而Li等认为该蛋白为寄主免疫抗性相关蛋白，该基因的表达提高了小麦抗性，Fhb1位点抗性正是由于His基因的表达而产生的，是一种基因获得型抗性(gain-of-function)。这些研究也表明了Fhb1抗性机制比较复杂，可能涉及到一系列的基因参与。Lagudah等认为PFT和TaHRC(or His)可能都参与了Fhb1位点的抗性，该位点可能是多基因介导的复杂抗性机制，后期需要分别对PFT和TaHRC(or His)的赤霉病抗性机制进一步深入研究诠释，才能真正理解Fhb1的抗性机制。