小麦条锈病抗性基因YrU1及其克隆与应用制造技术

本发明专利技术提供了小麦条锈病抗性基因

Cloning and application of wheat stripe rust resistance gene yru1

【技术实现步骤摘要】
小麦条锈病抗性基因YrU1及其克隆与应用
本专利技术属于植物基因工程
具体涉及从乌拉尔图小麦材料中，定位、克隆、验证小麦条锈病抗性基因YrU1以及该基因在条锈病抗性育种中的应用。
技术介绍
小麦是重要的粮食作物，为世界上大约35%的人提供主食(HuangandRöder,2004;Zhouetal.,2014)。小麦条锈病是由条形柄锈菌（Pucciniastriiformis.）引起的危害中国以及世界其他小麦主产国小麦生长的最严重病害之一，每年都会导致小麦大量减产，在大部分小麦生产地条锈病的流行能导致10%~70%的减产，如果发病较早且持续感染时间长，甚至能导致100%的减产(Chen,2010;Fuetal.,2009)。由于条锈病的发病区域的扩大和产量损失的增加，小麦条锈病已成为所有作物锈病中最严重的病害(Beddowetal.,2015)。种植具有条锈病抗性的小麦品种是防治条锈病非常有效的、经济节约并且环境友好的措施(Chen,2005;Lineetal.,1995;RoebbelenandSharp,1978;Schwessinger,2016)。迄今为止，已经有超过80个小麦条锈病抗性位点被鉴定(Pakeerathanetal.,2019)，仅有少数基因被克隆，其中Yr5,Yr7和YrSP是一个基因簇，编码BED-NLR蛋白，Yr15具有两个类激酶结构域，Yr18/Lr34编码一个ABC转座蛋白，Yr36具有一个激酶结构域和一个脂类结合结构域，Yr46编码一个己糖转运蛋白，YrAS2388编码一个NLR蛋白(Fuetal.,2009;Klymiuketal.,2018;Krattingeretal.,2009;Marchaletal.,2018;Mooreetal.,2015;Zhangetal.,2019)。Yr5,Yr7，YrSP和YrAS2388编码NLR蛋白，是全生育期抗性基因，Yr15，Yr18/Lr34，Yr36和Yr46编码不同的蛋白家族且具有广泛的条锈病抗性。由于条锈菌的进化，小麦抗病基因的持久性不断受到挑战。植物通过细胞内NLR受体监控各种病原菌的侵染(Jonesetal.,2016)。大部分NLR受体包含三个结构域：C端可变结构域，NB-ARC结构域和LRR结构域，但是少数NLR受体除了这三个结构域外，还具有额外的结构域作为整合的诱饵结构域(Lietal.,2015)。已经发现的NLR受体中，拟南芥的RRS1蛋白包含一个C端的WRKY结构域，水稻RGA5蛋白包含一个C端的RATX1结构域，小麦基因簇Yr5,Yr7和YrSP包含一个N端BED结构域(Cesarietal.,2014;Marchaletal.,2018;Sarrisetal.,2015)。由于小麦的育种方式，现在种植的小麦品种90%以上都对条锈病感病。乌拉尔图小麦是六倍体小麦A基因组的祖先种，可以为小麦育种提供更多的抗病基因资源。乌拉尔图小麦G1812的精细基因组序列已经发表，为克隆基因提供了便利(Lingetal.,2018;Lingetal.,2013)。我们以乌拉尔图小麦为材料，定位和克隆新的条锈病抗性基因，并对发现的条锈病抗性基因的抗病机理进行初步探索，为小麦抗病育种提供新的基因资源和理论基础。
技术实现思路
本专利技术提供了小麦条锈病抗性基因YrU1的克隆与应用，为小麦条锈病抗性育种提供新颖、高效的抗性基因，培育更加持久高效的条锈病抗性小麦品种，拓展对植物应对病原菌的抗病机制的研究。为了解决上述问题，本专利技术克隆了一个来源于乌拉尔图小麦PI428309的条锈病抗性基因YrU1，其编码区核苷酸序列如SEQIDNO.2中的第1-4731位核苷酸所示。条锈病抗性基因YrU1的启动子区核苷酸序列如SEQIDNO.1中的第1-2104位核苷酸所示。条锈病抗性基因YrU1的5′-UTR和3′-UTR的核苷酸序列如SEQIDNO.1中的第2105-2714位和第9773-10537位核苷酸所示。乌拉尔图小麦的条锈病抗性基因YrU1的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示，通过对该序列进行一个或者多个核苷酸的替换、缺失或插入后得到的仍能编码相同或是相似功能蛋白的核苷酸序列也属于本
技术实现思路
。本专利技术还提供了条锈病抗性基因YrU1编码的蛋白，其氨基酸序列SEQIDNO.3所示。本专利技术还提供了含有基因YrU1的载体。本专利技术还提供了所述小麦条锈病抗性基因YrU1在制备条锈病抗性转基因小麦中的运用。文中所述抗病或是感病如无特殊说明即指条锈病。所述条锈病是指小麦条锈病，由小麦条锈菌即条形柄锈菌小麦专化型所引起，下文中如无特殊标识小麦条锈菌则具体指广泛流行于中国的小麦条锈菌菌株CYR33，CYR17，CYR31，CYR32和V26（PstCYR33，PstCYR17，PstCYR31，PstCYR32和PstV26）。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术通过图位克隆的方法在乌拉尔图小麦中克隆了一个条锈病抗性基因YrU1，该抗性基因不仅在乌拉尔图小麦中具有条锈病抗性，而且通过转基因方式将自身启动子序列启动的YrU1基因转入普通小麦中同样具有条锈病抗性，说明在不同的麦属植物中具有类似的条锈病抗性应答网络。(2)源于乌拉尔图小麦的条锈病抗性基因YrU1对我国流行的条锈菌生理小种CYR33，CYR32，CYR17和V26都具有抗性，说明YrU1基因在小麦抗性育种中具有重要的应用价值。附图说明图乌拉尔图小麦PI428309中的小麦条锈病抗性基因YrU1的初定位和精细定位。图2条锈病抗性基因YrU1编码一个新的CC-NNS-LRR蛋白，在其氨基端连接一个额外的ANK结构域，羧基端连接一个额外的WRKY结构域。图3乌拉尔图小麦PI428309和G1812中YrU1和CG2基因在接种条锈菌CYR33前后的表达量变化图。图4在乌拉尔图小麦材料PI428309中以大麦花叶条纹病毒诱导沉默YrU1，可导致该材料对PstCYR33感病。图5以YrU1基因稳定转化普通小麦感病品种Bobwhite，转基因植株获得了对PstCYR33的抗性。具体实施方式下述实施例用于阐述、解释本专利技术，而并非用来局限本专利技术的范围。本专利技术申请人在对一百多个乌拉尔图小麦材料进行条锈病抗性鉴定中，发现了PI427328，PI428294，PI428209，PI428214和PI428309等5个材料对条锈菌生理小种CYR33具有抗性，其中PI428309对条锈菌生理小种CYR17，CYR31，CYR32和V26也具有抗性，另外还发现已经测序的乌拉尔图小麦材料G1812对5个条锈菌生理小种呈现高感的表型。我们构建了PI428309和G1812的杂交群体，通过分析杂交F2群体接种PstCYR33后的抗感分离比，发现在PI428309材料中存在一个显性的条锈病抗性位点（暂命名为Yr）。利用普通小麦A基因组已公布的分子标记和依据G本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.小麦条锈病抗性基因

【技术特征摘要】
1.小麦条锈病抗性基因YrU1，其特征在于：其包括自身启动子和5′-UTR、3′-UTR在内的基因全长的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。


2.根据权利按要求1所述的小麦条锈病抗性基因YrU1，其特征在于：其编码区的核苷酸序列如SEQIDNO.2所示。

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【专利技术属性】
技术研发人员：唐定中，王换，邹声浩，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：福建;35