一种水稻稻瘟病抗性相关基因OsCAMTA3及其应用

本发明涉及水稻抗病育种领域，具体涉及一种水稻稻瘟病抗性相关基因oscamta3及其应用。

背景技术：

1、水稻稻瘟病是制约水稻产量和品质的重要病害，这种由稻瘟菌引起的顽固性感染每年导致全球约10-30％的水稻收成被破坏。稻瘟菌属子囊菌门粪壳菌纲，是一种半活体营养型真菌，通过入侵水稻细胞，建立复杂的感染结构，依赖宿主细胞营养增殖对宿主细胞造成严重侵害，解析其侵染进程对应对如何放置该病菌尤为重要。在幼苗阶段受到稻瘟菌的侵染会造成幼苗的死亡引起水稻植株密度的降低进而造成水稻产量的降低；若发生在抽穗期，则会引起茎节病灶、节组织腐烂、叶片病斑，进而引起穗颈瘟等不良表型，阻止水稻的正常养分运输从而影响水稻的产量。这种丝状子囊菌还能对其它经济上重要的谷类作物，包括小麦、谷子和大麦造成稻瘟病，使之成为世界上最重要的致病菌。

2、水稻为了抵抗病原菌的入侵，在漫长的演化过程进化出了自己独特的免疫系统，水稻自身免疫系统主要由基础抗性和r基因介导的抗性组成。水稻的基础抗性主要是依靠其细胞膜表面的模识别受体prrs(pattern recognition receptors)特异性识别病原菌信号pamps或damps(pathogen-associated aolecular patterns or damage associatedmolecular patterns)，随后激活下游一系列的免疫反应，比如ros(reactive oxygenspecies)的快速产生、ca2+(calcium ions)离子的内流，钙依赖蛋白激酶cdpks/cpks(calcium-dependent proteinkinases)的激活、mapk(mitogen-activatedproteinkinase)级联通路的激活、气孔关闭、胼胝质的沉积(callose deposition)以及下游抗病相关基因的表达等，这些反应协调运作最终达到抑制病原菌的扩散。pamps是存在于病原菌表面的保守成分，如糖类、脂质、蛋白质等一些保守的小分子物质，damps主要指植物内源性损伤相关分子模式，这些物质都是病原菌所必须的且在植物细胞表面不存在的特异成分。这种由宿主细胞膜蛋白prrs识别pamps或damps感知潜在的微生物入侵进而引起一系列的免疫反应称为pti反应。当植物感受到病原菌的入侵，会逐步将信号传递到细胞核中，通过转录因子调控相关抗性基因的表达进而抵御病原菌的入侵，其中有一类重要的转录因子家族camtas(calmodulin-bindingtranscriptionactivators)在免疫反应中发挥重要功能。实验前期通过同源基因克隆，并利用反向遗传学，发现水稻转录因子oscamta3在水稻抵御病原菌中发挥重要功能，实验发现该蛋白功能缺失显著提高水稻的抗病表型，田间实验验证了oscamta3的抗病表型，表明oscamta3基因在培育抗病水稻材料具有潜在应用价值。

技术实现思路

1、为提高水稻等相关农业作物抗性的遗传改良，本发明利用已知报道拟南芥相关抗性基因序列，通过同源比对寻找水稻中同源抗性基因，利用基因敲除技术从而寻找在水稻中发挥作用的抗性基因，基于此，本发明提供水稻抗稻瘟病基因oscamta3并对该基因进行功能鉴定，首次发现并证明oscamta3基因在水稻抗稻瘟病反应中的重要作用；在水稻zh11中通过基因工程方法敲除oscamta3基因提高了水稻对稻瘟病的抗性，与野生型相比，oscamta3突变体的病斑数目、面积以及稻瘟菌生物量均显著降低，接菌前后水稻抗病相关基因表达水平上升；病原高发区田间自然接菌发现，相较于野生型，突变体长势以及穗感染率均低于野生型。本发明提供的水稻抗稻瘟病基因oscamta3可用于培育高抗水稻品种。

2、本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

3、一种水稻稻瘟病抗性相关基因oscamta3，所述抗性相关基因oscamta3的cds序列如seq id no.1所示，其编码的蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示。

4、上述一种抗性相关基因oscamta3在提高水稻对稻瘟病抗性中的应用。

5、进一步的，上述提高水稻对稻瘟病抗性是通过敲除水稻oscamta3基因，使水稻oscamta3基因的功能丧失，获得对稻瘟病抗性提高的敲除突变体植株而实现的。

6、进一步的，上述敲除是通过crispr/cas9技术靶向敲除水稻oscamta3基因。

7、进一步的，上述靶向敲除的靶位点序列为5’-gcttgtagttcgacagtata-3’、5’-gtgagcttccagcagtatct-3’。

8、上述一种抗性相关基因oscamta3在培育对稻瘟病抗性提高水稻或制备培育对稻瘟病抗性提高水稻的产品中的应用。

9、本发明的有益效果在于：

10、(1)本发明通过喷雾接菌法、打孔接菌法、稻瘟菌生长检测等多种鉴定方法，证明了oscamta3基因缺失显著增加了水稻对稻瘟病的抗病性，oscamta3基因是创建稻抗稻瘟病水稻潜在的抗性基因。

11、(2)本发明通过接菌前后病程相关基因的检测，证明oscamta3基因缺失导致植物抗病相关基因表达上调，表明oscamta3基因参与调控水稻对稻瘟菌的抗性，是作物分子设计的优良候选基因。

12、(3)本发明通过病原高发区田间自然接菌实验证明，除稻瘟菌外，oscamta3基因突变后也能够增强水稻对其他病原菌的抗性，成熟期oscamta3突变体植株生长状态优于野生型，oscamta3突变体叶子病斑数目以及小穗感染率均低于野生型，说明oscamta3调控水稻对稻瘟病的抗病性，且具有一定的生产应用价值，上述结果均表明oscamta3基因是创建稻瘟病抗性增强的转基因水稻和作物分子设计的优良候选基因，具有重要的理论价值和广阔的应用前景，可应用于提高水稻等相关农业作物抗性的遗传改良。

技术特征：

1.一种水稻稻瘟病抗性相关基因oscamta3，其特征在于：所述抗性相关基因oscamta3的cds序列如seq id no.1所示，其编码的蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示。

2.如权利要求1所述的抗性相关基因oscamta3在提高水稻对稻瘟病抗性中的应用。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述提高水稻对稻瘟病抗性是通过敲除水稻oscamta3基因，使水稻oscamta3基因的功能丧失，获得对稻瘟病抗性提高的敲除突变体植株而实现的。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述敲除是通过crispr/cas9技术靶向敲除水稻oscamta3基因。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述靶向敲除的靶位点序列为5’-gcttgtagttcgacagtata-3’、5’-gtgagcttccagcagtatct-3’。

6.如权利要求1所述的抗性相关基因oscamta3在培育对稻瘟病抗性提高水稻或制备培育对稻瘟病抗性提高水稻的产品中的应用。

技术总结
本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及一种水稻稻瘟病抗性相关基因OsCAMTA3及其应用。水稻OsCAMTA3基因的CDS序列如SEQ ID NO.1所示，其编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。本发明首次发现并证明OsCAMTA3基因在水稻抗稻瘟病反应中的重要作用，通过基因工程方法敲除OsCAMTA3显著增加水稻对稻瘟病的抗性，实验室接菌以及大田自然接菌实验均证明其缺失可以显著提高水稻的抗病表型，该发明首次证明了OsCAMTA3参与调控水稻抗病反应，为后续通过基因工程培育抗稻瘟病种质提供新的基因资源，可以通过基因编辑技术应用于实际应用，改良水稻的抗性，从而保障水稻生产安全，也有利于其它相关农业作物抗性的遗传改良。

技术研发人员：唐定中,于世波,王伟
受保护的技术使用者：福建农林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15