[发明专利]MaGST F12基因在培育抗枯萎病香蕉种质中的应用

说明书

本发明公开了MaGST F12基因在培育抗枯萎病香蕉种质中的应用。该MaGST F12基因编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。本发明通过蛋白质组分析，从高抗枯萎病品种中筛选出特异性高表达的MaGST F12蛋白，结合体外表达和同源基因的敲除实验验证MaGST F12基因具有抗香蕉枯萎病的能力，可以解尖孢镰刀菌产生的毒素镰刀菌酸FSA。这种解毒能力与类黄酮生物合成途径相关，即与细胞色素的积累有关。说明MaGST F12在既是Cavendish香蕉抵御病原真菌过程中的关键蛋白，又参与Cavendish香蕉色素的合成。本发明为解决香蕉枯萎病提供新的抗病基因，加快抗病新种质的开发。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及MaGST F12基因在培育抗枯萎病香蕉种质中的应用。

背景技术

香蕉是一种常见的、食用方便、热量高的热带和亚热带国家种植的重要水果，是全世界百万人的主食淀粉和食物来源。同时它是世界第二大水果作物，也是世界贸易量最大的水果，联合国粮农组织认为香蕉是仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物。然而香蕉面临着由尖孢镰刀菌引起的破坏维管束组织从而造成植株无法正常吸收水分和营养物质导致植株枯萎死亡的土传病害香蕉枯萎病(Fusarium oxysporum f.sp.cubense,Foc)，它是目前为止该作物最具有破坏性的病害之一。其中热带4号生理小种(Foc TR4)病原体可以使当前国际最主要贸易品种Cavendish香蕉在任何环境条件下致病，且一旦确认染病，任何物理或化学手段如生物防治、化学防治和杀菌剂的使用等都无法将尖孢镰刀菌进行有效的防御控制。由于香蕉基因组的遗传结构复杂、育种周期长、空间需求量大，导致成本高，通过突变育种和突变体筛选培育新品种存在一定的盲目性和较长的开发周期。香蕉枯萎病的有效、长期管理仍然是一个挑战，遗传修饰可能是改善香蕉品种的唯一途径，因此选育抗病香蕉新品种是当前防控香蕉枯萎病最有效的途径。解决香蕉枯萎病的一个有效思路是挖掘香蕉的抗病基因，香蕉抗病基因的挖掘为香蕉转基因育种提供了宝贵的基因资源。但是香蕉的基因生物学功能在很大程度上是未知的，因此需要大量的转录组和蛋白质组数据来挖掘与香蕉枯萎病抗性的相关基因。Li等(2012)根据接种尖孢镰刀菌的感病和抗病的Cavendish香蕉的转录组分析，发现在病原体处理后香蕉体内会快速诱导产生活性氧，信号传导蛋白、病程相关蛋白、细胞壁多糖合成蛋白和纤维素合成酶等响应Foc TR4感染而被激活上调。抗真菌化合物的诱导表达很有可能是抗病品种抗病的关键因素。本研究团队(Deng等，2015)通过相对和绝对定量(iTRAQ)的比较蛋白质组学方法，对Foc TR4早期发育的四个时期进行分析，鉴定到了总共3659种蛋白质，其中267个为差异表达蛋白。他们发现并经过验证麦角甾醇生物合成途径中的四种酶，即C-24甾醇甲基转移酶(ERG6)、细胞色素P450羊毛甾醇C-14α-去甲基化酶(EGR11)、羟甲基戊二酰辅酶A合酶(ERG13)和C-4甾醇甲基氧化酶(ERG25)，它们有望成为有效抑制Foc TR4早期生长控制香蕉枯萎病的新靶点。本研究团队(Dou等，2020)通过寄主诱导基因沉默技术在主栽Cavendish香蕉品种中表达Foc TR4 ERG6或EGR11基因的双链RNA，显著提高了Cavendish香蕉对Foc TR4的耐病性。另外，在主栽Cavendish香蕉品种中表达大蕉耐冷bHLH基因，激活磷酸化信号通路，增加了根系木质素含量、PR蛋白的表达、以及抗氧化能力，提高了其对Foc TR4的耐病性。但是与目前在广东、广西、云南、海南等省主推的高抗枯萎病Cavendish香蕉品种——宝岛蕉、中蕉4号、中蕉8号、南天黄、南天红等相比，转基因新种质的抗病性还有一定差距。然而这些主推的抗病Cavendish香蕉品种也存在着生长周期大幅延长、果实品质下降等问题，增加了蕉农的生产成本、时间成本和可能遭遇到台风、寒潮低温、病虫害等自然风险。香蕉枯萎病致病菌也在不断进化，之前主推的高抗枯萎病Cavendish香蕉品种——农科1号、粤科1号等，渐渐在市场上消失，因此，需要进一步挖掘香蕉广谱、高抗枯萎病基因或蛋白，通过当前先进的分子生物学技术，将其应用到香蕉抗枯萎病生物育种中去，推动香蕉产业的可持续发展。

发明内容