小麦叶锈病抗性蛋白及其编码基因和应用

本发明涉及小麦育种领域，具体而言，涉及一种小麦叶锈病抗性蛋白及其编码基因和应用。

背景技术：

1、小麦是世界性的粮食作物，为全球大约三分之一的人口提供主食。然而，小麦的安全生产受到多种真菌病害的威胁，其中包括小麦叶锈病。由叶锈菌(puccinia triticina)侵染所引起的小麦叶锈病，是一种气传性真菌病害，具有分布范围广、传播速度快和危害损失大等特点。该病害在全世界小麦主产区都有发生，包括欧洲、北美、亚洲、澳洲和非洲的多个国家和地区。其主要危害小麦叶片，破坏光合作用，进而造成小麦减产，通常可造成5％～15％的减产，发病严重时会造成40％以上的减产。因此，防治小麦叶锈病成为小麦生产上的一个重要任务。

2、克隆和利用抗叶锈病基因，培育抗叶锈病小麦品种是防治该病害最经济、安全和有效的方法。小麦抗叶锈病基因lr47来自小麦近缘物种拟斯卑尔脱山羊草(aegilopsspeltoides，基因组为ss)。研究表明，lr47对全球许多国家的叶锈菌都表现出近免疫、广谱的抗性。因此，一旦该基因被克隆和转育，在小麦抗叶锈病育种中将具有重大的应用前景。

3、到目前为止，国际上已经正式命名的小麦抗叶锈病基因约有82个(lr1-lr82)。但是，由于小麦的基因组十分庞大，且超过80％的序列是重复序列，因此小麦功能基因的分离克隆研究远远落后于水稻和玉米等其它作物。目前，只有少数几个抗叶锈病基因被成功地分离克隆。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种小麦叶锈病抗性蛋白及其编码基因和应用，以解决现有技术中小麦易染叶锈病、染病后产量损失严重的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种小麦叶锈病抗性蛋白，为如下(a)-(c)任一所示：(a)具有seq id no：3所示的氨基酸序列组成的蛋白质；或(b)在(a)中的氨基酸序列经过取代和/或缺失和/或添加一个或几个氨基酸且具有抗小麦叶锈病活性的蛋白质；或(c)与(a)和(b)中任一所限定的氨基酸序列具有80％以上同源性且具有相同功能的蛋白质。

3、进一步地，与(a)和(b)中任一所限定的氨基酸序列具有85％以上，优选90％以上，更优选95％以上，进一步优选99％以上同源性且具有相同功能的蛋白质。

4、为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供了一种小麦叶锈病抗性基因，为如下(a)-(d)任一所示：(a)编码上述小麦叶锈病抗性蛋白质的核苷酸序列；或(b)在严格条件下与(a)限定的dna分子杂交且编码权利要求1的小麦叶锈病抗性蛋白质的核苷酸序列；或(c)具有seq id no：2所示的核苷酸序列；或(d)与(a)-(c)中限定的任一种核苷酸序列具有70％以上同源性且编码具有相同功能蛋白质的基因。

5、进一步地，与(a)至(c)中限定的任一种核苷酸序列具有75％以上，优选85％以上，更优选95％以上，进一步优选99％以上同源性且编码具有相同功能蛋白质的基因。

6、为了实现上述目的，根据本发明的第三个方面，提供了一种表达盒，该表达盒包括调控序列和上述小麦叶锈病抗性基因。

7、进一步地，调控序列包括启动子；优选地，启动子包括如下启动子中的一种或几种：组成型、增强型、组织特异型及诱导型。

8、为了实现上述目的，根据本发明的第四个方面，提供了一种重组载体，包含上述小麦叶锈病抗性基因或上述表达盒。

9、进一步地，重组载体包括翻译控制信号；优选地，翻译控制信号包括增强子；优选地，增强子包括翻译增强子和/或转录增强子；优选地，翻译控制信号来源于天然序列或人工合成序列；优选地，重组载体包括植物表达载体；优选地，植物表达载体包括农杆菌转化的双元载体和基因枪轰击的载体；优选地，植物表达载体包括pcambia1300；优选地，重组载体包括报告基因；优选地，报告基因包括抗性基因或表达产生颜色变化的酶或发光化合物的基因；优选地，抗性基因包括抗生素抗性基因或化学试剂抗性基因。

10、为了实现上述目的，根据本发明的第五个方面，提供了一种宿主细胞，该宿主细胞转化有上述重组载体；优选地，宿主细胞为非植物的宿主细胞；优选地，宿主细胞包括大肠杆菌或根瘤农杆菌；优选地，大肠杆菌包括dh5α；优选地，根瘤农杆菌包括eha105。

11、上述小麦叶锈病抗性蛋白质，或者小麦叶锈病抗性基因，或者表达盒，或者重组载体，或者宿主细胞在调控植物对叶锈病的抗性、增强或降低植物对叶锈病的抗性、或培育对叶锈病的抗性增强或降低的转基因植物、或小麦抗叶锈病育种中的应用。

12、为了实现上述目的，根据本发明的第六个方面，提供了一种制备转基因植物的方法，包括将上述小麦叶锈病抗性基因、或表达盒、或重组载体、或宿主细胞导入目的植物中，得到对叶锈病具有抗性的转基因植物。

13、进一步地，重组载体通过植物病毒载体、基因枪或农杆菌侵染的方法导入到目的植物中；优选地，目的植物为双子叶植物或单子叶植物；优选地，目的植物为小麦；优选地，小麦为fielder小麦；优选地，小麦叶锈病抗性基因由组成型启动子驱动。

14、为了实现上述目的，根据本发明的第七个方面，提供了一种增加或降低植物对叶锈病抗性的育种方法，该方法包括：增加或降低目的植物中上述小麦叶锈病抗性蛋白质的活性或含量，使得植物对叶锈病的抗性增强或降低。

15、进一步地，目的植物为双子叶植物或单子叶植物；优选地，目的植物为小麦；优选地，小麦为fielder小麦；优选地，叶锈病为叶锈菌生理小种引起的叶锈病；优选地，叶锈菌生理小种为中国流行叶锈菌毒性小种，中国流行叶锈菌毒性小种包括fhjl、phqs、fhjr、thdb、phrt、phtt、thtt、hcjr或fhhm。

16、应用本发明的技术方案，提供了一种新的叶锈病抗性蛋白及其编码基因及应用，有助于解析抗病基因对病原菌的抗病机制的研究，提高小麦对叶锈病的抗性，为小麦分子育种提供可靠、有效的叶锈病抗源，对于小麦抗叶锈病育种具有重大的应用推广价值。

技术特征：

1.一种小麦叶锈病抗性蛋白，其特征在于，为如下(a)-(c)任一所示：

2.根据权利要求1所述的蛋白质，其特征在于，与(a)和(b)中任一所限定的所述氨基酸序列具有85％以上，优选90％以上，更优选95％以上，进一步优选99％以上同源性且具有相同功能的蛋白质。

3.一种小麦叶锈病抗性基因，其特征在于，为如下(a)-(d)任一所示：

4.根据权利要求3所述的基因，其特征在于，与(a)至(c)中限定的任一种所述核苷酸序列具有75％以上，优选85％以上，更优选95％以上，进一步优选99％以上同源性且编码具有相同功能蛋白质的基因。

5.一种表达盒，其特征在于，所述表达盒包括调控序列和权利要求3或4所述的小麦叶锈病抗性基因。

6.根据权利要求5所述的表达盒，其特征在于，所述调控序列包括启动子；

7.一种重组载体，其特征在于，包含权利要求3或4所述的小麦叶锈病抗性基因或权要求5或6所述的表达盒。

8.根据权利要求7所述的重组载体，其特征在于，所述重组载体包括翻译控制信号；

9.一种宿主细胞，其特征在于，所述宿主细胞转化有权利要求7或8所述的重组载体；

10.权利要求1或2所述的小麦叶锈病抗性蛋白质，或者权利要求3或4所述的小麦叶锈病抗性基因，或者权利要求5或6所述的表达盒，或者权利要求7或8所述的重组载体，或者权利要求9所述的宿主细胞在调控植物对叶锈病的抗性、增强或降低植物对叶锈病的抗性、或培育对叶锈病的抗性增强或降低的转基因植物、或小麦抗叶锈病育种中的应用。

11.一种制备转基因植物的方法，其特征在于，将

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述重组载体通过植物病毒载体、基因枪或农杆菌侵染的方法导入到所述目的植物中；

13.一种增加或降低植物对叶锈病抗性的育种方法，其特征在于，所述方法包括：

14.根据权利要求13所述的育种方法，其特征在于，

技术总结
本发明提供了一种小麦叶锈病抗性蛋白及其编码基因和应用。其中，上述小麦叶锈病抗性蛋白，包括如下(a)‑(c)任一所示：(a)具有SEQ ID NO：3所示的氨基酸序列组成的蛋白质；或(b)在(a)中的氨基酸序列经过取代和/或缺失和/或添加一个或几个氨基酸且具有抗小麦叶锈病活性的蛋白质；或(c)与(a)和(b)中任一所限定的氨基酸序列具有80％以上同源性且具有相同功能的蛋白质。该蛋白质具有小麦叶锈病抗性，解决了现有技术中小麦易染叶锈病、染病后产量损失严重的问题，适用于小麦育种领域。

技术研发人员：陈时盛,李洪娜,华蕾,王逍冬,宋瑞,刘艳娜
受保护的技术使用者：北京大学现代农业研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13