小麦条锈病抗性基因及其使用方法技术

本发明专利技术提供了用于增强小麦和大麦植物对由小麦条锈病菌引起的小麦条锈病的抗性的组合物和方法。该组合物包含编码抗性(R)基因产物及其变体的核酸分子，以及包含该核酸分子的植物、种子和植物细胞。用于增强小麦和大麦植物对小麦条锈病的抗性的方法包括将编码R基因产物的核酸分子引入小麦或大麦植物细胞中。本发明专利技术另外提供了在农业中使用所述的小麦和大麦植物以限制小麦条锈病的方法。

Wheat stripe rust resistance gene and its use method

The invention provides compositions and methods for enhancing the resistance of wheat and barley plants to wheat stripe rust caused by wheat stripe rust fungus. The composition comprises nucleic acid molecules encoding resistance (R) gene products and their variants, as well as plants, seeds and plant cells containing the nucleic acid molecules. Methods used to enhance resistance of wheat and barley plants to wheat stripe rust include introducing nucleic acid molecules encoding R gene products into wheat or barley plant cells. The invention also provides a method for limiting wheat stripe rust by using the wheat and barley plants in agriculture.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】小麦条锈病抗性基因及其使用方法相关申请的交叉引用本申请要求2015年11月3日提交的美国临时专利申请号62/250,136的权益，该申请的内容以引用方式全文并入本文。关于以文本文件提交的序列表序列表的正式文本作为ASCII格式的序列表以电子方式通过EFS-Web提交，其中文件名为070294-0106SEQLST.TXT，于2016年11月1日创建，并且大小为440千字节，而且与说明书同时提交。在该ASCII格式的文档中所包含的序列表为说明书的一部分，并且以引用方式全文并入本文。
本专利技术涉及基因分离和植物改良领域，特别涉及通过使用疾病抗性基因增强植物对植物疾病的抗性。
技术介绍
在全世界小麦生产中，植物疾病导致显著的产量损失。锈病是最具破坏性的小麦疾病的一种。由小麦条锈病菌(Pucciniastriiformisf.sp.tritici)引起的小麦条锈病(也称为小麦黄锈病)是当今全球范围内最具破坏性的小麦疾病(RustTracker.org，得自互联网rusttracker.cimmyt.org/？page_id＝9；2015年10月5日登陆)。尽管已经证明包含对小麦条锈病菌的抗性(R)基因的小麦植物有效地限制由小麦条锈病引起的农业损失，但是近期出现了小麦条锈病菌的新物种，而R基因对其是无效的。虽然杀虫剂可以用于控制小麦条锈病，可是杀虫剂是昂贵的并且与农业的可持续强化不一致，而且在发展中国家，简而言之，杀虫剂是自给农民负担不起的。农业的可持续性强化要求增加使用遗传解决方法，替代化学解决方法(例如杀虫剂)来保护农作物对病原体和害虫(Jonesetal.(2014)Philos.T.Roy.Soc.B369:20130087)。驯化的农作物的野生近源种(例如小麦)包含巨大多样性的可用的R基因，其为用于在小麦生产中可持续性疾病控制的有价值的来源。然而，用于引入R基因的传统方法通常涉及长的育种时间线，而破坏了与其他基因的有害等位基因的连锁。此外，当一次部署一个R基因时，在几个季节内，R基因可以被克服(McDonaldandLinde(2002)Annu.Rev.Phytopathol.40:349-379)。除了小麦的野生近源种以外，作为小麦病原体的宿主的其他谷物物种具有成为用于在小麦生产中可持续性疾病控制的R基因来源的潜力。分子克隆可以同时引入多个R基因(Dangletal.(2013)Science341:746-751)，这可以延迟抗性突破病原体物种的进化，由此提供更持久的抗性(McDonaldandLinde(2002)Annu.Rev.Phytopathol.40:349-379)。专利技术概述本专利技术提供了抗性(R)基因的核酸分子，所述的核酸分子能够赋予植物对导致植物疾病的至少一种病原体物种的抗性，特别是对导致锈病的柄锈菌属中的至少一种病原体物种的抗性。在一个实施方案中，本专利技术提供了包含R基因Rps6及其变体(包括例如直系同源物和非天然形成的变体)的核酸分子。在某些实施方案中，本专利技术提供了包含Rps6的核酸分子，其能够赋予植物(特别是小麦或大麦植物)对导致小麦条锈病的小麦条锈病菌(Pst)的抗性。本专利技术进一步提供了在其基因组中包含本专利技术的一个或多个核苷酸构建体的植物、植物细胞和种子。所述的多核苷酸构建体包含编码本专利技术的抗性(R)蛋白质的核苷酸序列。此类R蛋白质由本专利技术的R基因编码。在优选的实施方案中，植物和种子为转基因谷物植物和种子，特别是小麦和大麦植物和种子，其已经使用本专利技术的一个或多个核苷酸构建体转化。优选地，与不包含所述的多核苷酸构建体的对照谷物植物的抗性相比，此类谷物植物包含对Pst的增强的抗性。本专利技术提供了用于生产植物的方法，其中所述的植物具有对植物疾病的增强的抗性，特别是锈病，更特别是小麦条锈病。此类方法包括将包含本专利技术的R基因的核苷酸序列的多核苷酸构建体引入至少一种植物细胞中。在一些实施方案中，所述的多核苷酸构建体或其部分被稳定地引入植物细胞的基因组中，而在其他的实施方案中，所述的多核苷酸构建体不稳定地引入植物细胞的基因组中。用于生产具有对植物疾病的增强的抗性的植物的方法可以可任选地进一步包括使植物细胞再生成其基因组中包含所述的多核苷酸构建体的植物。优选地，此类植物相对于对照植物对植物疾病的抗性而言，包含对植物疾病的增强的抗性。在某些实施方案中，植物为小麦或大麦，其相对于对照小麦或大麦植物对Pst的抗性而言，包含对由Pst引起的小麦条锈病的增强的抗性。本专利技术进一步提供了用于生产具有对小麦条锈病的增强的抗性的大麦植物的方法。该方法包括修饰大麦植物或其至少一个细胞中的抗性基因Rps6的非功能等位基因，从而形成功能等位基因，由此增强大麦植物对小麦条锈病的抗性。在本专利技术的方法中，修饰非功能等位基因包括将至少一种基因修饰引入非功能等位基因中。该基因修饰包括例如在非功能等位基因中至少一个碱基对的一个或多个的插入、删除和/或取代，由此产生功能等位基因。本专利技术另外地提供了通过这种方法生产的非转基因和转基因大麦植物和种子。此外，还提供了使用本专利技术的植物在农业农作物生产中限制小麦条锈病的方法。所述的方法包括种植由本专利技术的植物生产的种子，特别是小麦或大麦种子，其中小麦或大麦种子包含本专利技术的至少一个基因R核苷酸序列，特别是Rps6核苷酸序列。所述的方法进一步包括在有利于植物生长和发育的条件下使植物生长，并且可任选地由所述的植物回收至少一粒种子。此外，提供包含本专利技术的一个或多个核酸分子的非转基因和转基因植物、植物部分、种子、植物细胞、其他宿主细胞、表达盒和载体。附图简述图1.接种Pst的大麦栽培品种AbedBinder12和Russell的宏观和微观的表型。图2.在接种Pst分离株08/501的AbedBinder12xRussellF2群体上，萎黄病和定植情况的柱状图和双因素图。柱状图显示在F2群体中，萎黄病(A)和pCOL(B)的隔离。上图显示亲代和F1表型(A:AbedBinder12，R:Russell)。(C)显示萎黄病与pCOL表型的关系的双因素图。分别以三角形和正方形显示AbedBinder12和Russell的表型。图3.在接种Pst的AbedBinder12xRussellF2群体中，萎黄病和pCOL表型的复合区间作图。基于1,000个排列，基于个体试验广度阈值(individualexperiment-widethreshold)(虚线)，将LOD曲线对萎黄病(灰色)和pCOL(黑色)归一化(nLOD)。使用2cM的步长，并且x轴跨越AxR-PstF2群体基因图谱的长度。图4.Rps6的精细作图。(A)基因重组筛选的高分辨率基因图谱，其中包含2,894个配子。左侧显示的数字为标志物之间重组事件的数量。标志物的名称显示在右侧，并且在标志物名称之后的字母显示由单个WGS重叠群衍生的共隔离KASP标志物。(B)基于高分辨率基因图谱的物理图谱锚定。经测序的或者具有可用的BES的BAC为黑色，其他的BAC显示为灰色。基于标志物的锚定，显示截短的FPC320。图5.在Rps6区域中，5个NLR候选基因的鉴定和基因作图。(A)AbedBinder12xRussell高分辨率F2图谱用于对Rp本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.包含选自以下的一员的核酸分子：(a)大麦Rps6基因；(b)在SEQ ID NO:1、2、5、7、9、11、13、15、34或35中列出的核苷酸序列；(c)编码在SEQ ID NO:3、6、8、10、12或14中列出的氨基酸序列的核苷酸序列；(d)与在SEQ ID NO:1、2、5、7、9、11和13中列出的全长核苷酸序列的至少一种具有至少85％核苷酸序列一致性的核苷酸序列，其中所述的核酸分子能够赋予包含所述的核酸分子的植物对小麦条锈病的抗性；以及(e)编码与在SEQ ID NO:3、6、8、10、12和14中列出的全长氨基酸序列的至少一种具有至少85％氨基酸序列一致性的多肽的核苷酸序列，其中所述的核酸分子能够赋予包含所述的核酸分子的植物对小麦条锈病的抗性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.03 US 62/250,1361.包含选自以下的一员的核酸分子：(a)大麦Rps6基因；(b)在SEQIDNO:1、2、5、7、9、11、13、15、34或35中列出的核苷酸序列；(c)编码在SEQIDNO:3、6、8、10、12或14中列出的氨基酸序列的核苷酸序列；(d)与在SEQIDNO:1、2、5、7、9、11和13中列出的全长核苷酸序列的至少一种具有至少85％核苷酸序列一致性的核苷酸序列，其中所述的核酸分子能够赋予包含所述的核酸分子的植物对小麦条锈病的抗性；以及(e)编码与在SEQIDNO:3、6、8、10、12和14中列出的全长氨基酸序列的至少一种具有至少85％氨基酸序列一致性的多肽的核苷酸序列，其中所述的核酸分子能够赋予包含所述的核酸分子的植物对小麦条锈病的抗性。2.权利要求1的核酸分子，其中核酸分子为分离的核酸分子。3.权利要求1或2的核酸分子，其中核酸分子是非天然形成的。4.权利要求1或2的核酸分子，其中大麦Rps6基因是位于大麦植物基因组中对应于SEQIDNO:4的区域中的大麦Rps6基因。5.权利要求1-4的任意一项的核酸分子，其中(d)或(e)的核酸分子编码包含卷曲螺旋结构域、核苷酸结合结构域和富含亮氨酸的重复结构域的蛋白质。6.权利要求5的核酸分子，其中卷曲螺旋结构域、核苷酸结合结构域和富含亮氨酸的重复结构域的至少一种包含与SEQIDNO:3中相应的结构域具有至少95％、96％、97％、98％、99％或100％的氨基酸序列。7.表达盒，其包含权利要求1-6的任意一项的核酸分子和可操作地连接的异源启动子。8.载体，其包含权利要求1-6的任意一项的核酸分子和权利要求7的表达盒。9.宿主细胞，其是使用权利要求1-6的任意一项的核酸分子、权利要求7的表达盒或权利要求8的载体转化的。10.权利要求9的宿主细胞，其中宿主细胞为植物细胞、细菌、真菌细胞或动物细胞。11.权利要求9或10的宿主细胞，其中植物细胞为大麦植物细胞、小麦植物细胞或二穗短柄草植物细胞。12.植物或种子，其是使用权利要求1-6的任意一项的核酸分子、权利要求7的表达盒或权利要求8的载体转化的。13.权利要求12的植物或种子，其中植物为小麦植物或大麦植物，并且种子为小麦种子或大麦种子。14.转基因植物或种子，其包含稳定地引入其基因组中的多核苷酸构建体，所述的构建体包含选自以下的一员：(a)大麦Rps6基因；(b)在SEQIDNO:1、2、5、7、9、11或13中列出的核苷酸序列；(c)编码在SEQIDNO:3、6、8、10、12或14中列出的氨基酸序列的核苷酸序列；(d)与在SEQIDNO:1、2、5、7、9、11和13中列出的全长核苷酸序列的至少一种具有至少85％核苷酸序列一致性的核苷酸序列，其中所述的核酸分子能够赋予包含所述的核酸分子的植物对小麦条锈病的抗性；以及(e)编码与在SEQIDNO:3、6、8、10、12和14中列出的全长氨基酸序列的至少一种具有至少85％氨基酸序列一致性的多肽的核苷酸序列，其中所述的核酸分子能够赋予包含所述的核酸分子的植物对小麦条锈病的抗性。15.权利要求14的转基因植物或种子，其中(d)或(e)的核酸分子编码包含卷曲螺旋结构域、核苷酸结合结构域和富含亮氨酸的重复结构域的蛋白质。16.权利要求15的转基因植物或种子，其中卷曲螺旋结构域、核苷酸结合结构域和富含亮氨酸的重复结构域的至少一种包含与SEQIDNO:3中相应的结构域具有至少95％、96％、97％、98％、99％或100％的氨基酸序列。17.权利要求14-16的任意一项的转基因植物或种子，其中多核苷酸构建体包含(b)-(e)的任意一项的核苷酸序列，并且进一步包含可操作地连接以用于所述的核苷酸序列在植物中表达的启动子。18.权利要求17的转基因植物或种子，其中启动子选自病原体诱导型、构成型、组织优选型、伤口诱导型和化学调节型启动子。19.权利要求14-18的任意一项的转基因植物或种子，其中转基因植物或种子相对于对照植物的抗性而言，包含对由多种小麦条锈病菌物种引起的小麦条锈病的增强的抗性。20.权利要求14-19的任意一项的转基因植物或种子，其中转基因植物为转基因小麦植物，并且转基因种子为转基因小麦种子。21.权利要求14-19的任意一项的转基因植物或种子，其中转基因植物为转基因大麦植物，并且转基因种子为转基因大麦种子。22.权利要求14-19的任意一项的转基因植物或种子，其中转基因植物为转基因二穗短柄草植物，并且转基因种子为转基因二穗短柄草种子。23.权利要求14-22的任意一项的转基因植物或种子，其中多核苷酸构建体为异源核酸分子。24.用于生产具有对植物疾病的增强的抗性的植物的方法，所述的方法包括将多核苷酸构建体引入至少一个植物细胞中，所述的多核苷酸构建体包含选自以下的一员：(a)大麦Rps6基因；(b)在SEQIDNO:1、2、5、7、9、11或13中列出的核苷酸序列；(c)编码在SEQIDNO:3、6、8、10、12或14中列出的氨基酸序列的核苷酸序列；(d)与在SEQIDNO:1、2、5、7、9、11和13中列出的全长核苷酸序列的至少一种具有至少85％核苷酸序列一致性的核苷酸序列，其中所述的核酸分子能够赋予包含所述的核酸分子的植物对植物疾病的抗性；以及(e)编码与在SEQIDNO:3、6、8、10、12和14中列出的全长氨基酸序列的至少一种具有至少85％氨基酸序列一致性的多肽的核苷酸序列，其中所述的核酸分子能够赋予包含所述的核酸分...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·莫斯库，A·M·道森，
申请(专利权)人：双刃基金会，
类型：发明
国别省市：美国,US