本技术公开了一种高粱炭疽病感病基因SbABCA7、重组质粒及其应用,所述的高粱炭疽病感病基因SbABCA7是高粱的感病基因,感病基因SbABCA7的核苷酸序列为SEQIDNO.01,SbABCA7蛋白质基因的氨基酸序列为SEQIDNO.02。高粱炭疽病的感病基因SbABCA7可以通过扩增、回收和重组质粒和同源遗传转化得到阳性高粱植株;以该感病基因SbABCA7设计的引物可以直接作为分子标记在苗期就可以快速筛选鉴定高粱抗炭疽病资源;高粱感病基因可以通过基因位点突变成抗病基因,SbABCA7高粱感病基因可能通过基因编辑等技术变成抗病基因;本发明可以为高粱抗炭疽病育种研究快速筛选材料、创制新材料及高粱抗炭疽病品种改良提供便捷方法。
背景技术
高粱是全球广泛种植的第五大谷类作物,可作为粮食、饲料和工业原料。炭疽病是世界各地高粱种植区最严重的病害之一,它在高粱各个生育阶段可发病,造成高粱减产,甚至绝收。研究高粱抗炭疽病遗传机制并进行育种改良是提高高粱产量、节本增效和预防高粱炭疽病最有效办法。
基因克隆技术为研究生物遗传和分子生物学机制提供了有力的工具,作物相关性状的基因克隆可以用来改良作物品种,提高农作物的产量和抗逆性。基因功能分析是研究生物体基因功能的重要手段,可以揭示基因的具体功能,为理解生物体的生长发育、生理代谢等基本生命过程提供了关键信息。通过生物信息学工具可以实现对基因序列、蛋白质功能以及系统进化进行分析,从而发现一些新的信息和规律。
感病基因可以直接作为分子标记筛选鉴定高粱资源,也可能通过基因位点突变成抗病基因已有较多报道,如Chen et al.在水稻中发现自然界中一个BSR-D1稻瘟病的感病基因位点突变成抗病基因SNP33-G。真核翻译起始因子4E(EIF4E)是许多植物物种感染病毒的易感因子,Hoffieetal.在BaMMV/BaYMV易感的冬大麦品种中通过Cas9核酸内切酶对EIF4E基因进行了靶向诱变,导致翻译阅读框的移动,从而导致EIF4E的功能丧失,冬大麦Bymovirus抗性增强。小麦中核糖体沉默因子(RsfS)同源物TaRsfS的过度表达会降低小麦对白粉病和条锈病的抗性,而TaRsfS敲除(TaRsfS-KO)会增加小麦对这两种病害的抗性,而不影响关键农艺性状。小麦GRAINWIDTH2(TaGW2)同源基因负向调节粒重,以及介导TaSGT1的泛素化来负向调节小麦叶锈病抗性,通过CRISPR/Cas9编辑TaGW2实现了粒重和叶锈病抗性同时增加。本研发明中高粱炭疽病感病基因SbABCA7可能通过基因编辑等技术变成抗病基因,对高粱抗病育种研究有一定的潜在用途,下一步将继续挖掘其功能。
高粱基因的异源克隆报道较多,如克隆了高粱缺氮特异诱导基因SbMYB-like基因,构建超表达载体,转化到拟南芥中获得了过表达株系,验证了该基因在促进根系伸长和开花方面有重要的作用;克隆高粱深根基因SbDRO1,在拟南芥中过表达SbDRO1能够显著提高拟南芥在干旱条件下的存活率,且转基因拟南芥的根系相对野生型明显发达;克隆高粱落粒性Sh-B140基因,转入到苏丹草品种Hiro-1中,通过观察T1代转基因植株田间表型,发现T1植株的落粒强度虽高于Hiro-1,但明显不及亲本B140落粒性强。但在高粱中同源克隆报道较少,尚未见高粱炭疽病相关基因的同源克隆及其功能分析。本发明以全基因组关联分析(GWAS)和转录组联合分析挖掘到高粱炭疽病感病基因SbABCA7,进行同源克隆和载体构建,获得了SbABCA7遗传转化高粱植株,并对该基因进行生物信息学分析,旨在为该高粱抗炭疽病相关基因的生物学功能研究奠定基础。
植物中的感病基因是病害发生的关键基因,其在与病原细菌的效应蛋白直接接触后会过量表达,随后激活植物的整个感病通路,最终导致植物发生病害。在炭疽病感染高粱报道中,先前的研究并没有找到任何感病基因。高粱炭疽病感病基因的获得,可对高粱炭疽病发生进行系统地分子应答机制解析,也可以通过感病基因对高粱炭疽病进行鉴定,同时,可对感病基因进行克隆转化后,解析高粱抗炭疽病的遗传机制,并为研究高粱炭疽病抗病基因和高粱抗炭疽病遗传改良奠定基础。
实现思路