小麥白粉病抗性基因TaGAP1、其編碼蛋白及其應用制造技術

本發明專利技術提供了小麥白粉病抗性基因TaGAP1、其編碼蛋白及其應用；本發明專利技術通過BSMV介導的瞬時沉默技術對TaGAP1進行沉默，接種白粉菌E09后，發現沉默植株白粉菌落數量明顯增加，白粉菌生長發育快于對照植株，表明沉默TaGAP1降低了小麥對白粉病的抗性；而過量表達TaGAP1白粉菌菌落面積和生物量顯著減少，小麥對白粉病的抗性顯著增強，說明TaGAP1可作為小麥抗白粉病改良的有效基因資源。煙草瞬時表達和小麥原生質體定位表明，TaGAP1蛋白定位于細胞質和細胞核。本發明專利技術所提供的小麥抗白粉病基因TaGAP1為培育抗白粉病的小麥品種提供了新的基因資源，對于拓寬小麥遺傳基礎、遺傳改良小麥白粉病抗性具有重要的應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本發屬于植物基因工程領域；尤其涉及小麥白粉病抗性基因tagap1、其編碼蛋白及其應用。

技術介紹

1、小麥(triticum?aestivum)是一種非常重要的旱作糧食作物，而小麥白粉病是其主要病害之一，可極大降低小麥的產量和品質。小麥白粉病是由布氏白粉菌小麥專化型(blumeria?graminis?forma?specialis?tritici)引起的，主要危害小麥及其近緣種屬，該菌與作物葉片競爭養分并阻礙其光合作用。由于施用化學藥劑對該病原菌的控制效果非常有限，而且會污染糧食以及生態環境，因而培育具有白粉病抗性的小麥品種是最有效的應對策略。從小麥及其近緣種屬中克隆、研究其所攜帶的高效抗源基因以滿足抗性育種之需是目前的當務之急。

2、在植物中，存在許多具有c2結構域的蛋白質，根據其功能至少可分為四組不同的蛋白質。含c2結構域的蛋白經常通過與其他分子的相互作用參與信號轉導過程(jambunathan?and?mcnellis?2003),如：c2結構域可能參與磷脂結合，在調節或介導磷脂信號中起作用。此外，植物中小c2結構域蛋白的功能研究表明，它們在花粉繁殖以及非生物脅迫和植物防御反應中發揮作用。tagap1蛋白不含任何跨膜結構域，但含有單個c2結構域屬于小c2結構域蛋白質。一些含c2結構域的蛋白可以與g蛋白結合并影響其活性(wang?etal.1999)。在秀麗隱桿線蟲中發現，含有c2結構域的rgs蛋白可結合g蛋白的α亞基(sato?etal.2003)。此外，在幾個gap中也發現了c2結構域，包括syngap(pena?et?al.2008)；rasgaps(gawler?et?al.1995)、rhogaps(hallam?et?al.2002)和arfgaps(jensen?et?al.2009；zhang?et?al.2005)。有研究表明含有c2結構域gtp酶激活蛋白質可參與gtp酶的激活功能。syngap需要其c2結構域來實現gap活性，c2結構域向rap的開關il區域協調運動，以協助gtpase刺激(pena?et?al.2008)。編碼gtp酶激活蛋白的osgap1與atgap1也是含有單個c2結構域，且可激活非常規g蛋白的gtp酶活性(cheung?et?al.2008)。本研究獲得了小麥特異性的小c2結構域蛋白gtp酶激活蛋白tagap1。

3、c2結構域在控制蛋白質的亞細胞定位中發揮作用。研究表明，osgap1可激活osychf1的gtp酶活性，在細胞中不同位置激活不同的防御反應。osgap1主要定位于細胞質和細胞核，生物脅迫下，通過osgap1的磷脂結合能力，將osychf1可從細胞質溶膠轉移到質膜上，激活osychf1的ntpase活性，防御反應被激活(cheung?et?al.2010)。而在鹽脅迫下，osgap1和osychf1都定位于細胞質中，osgap1激活osychf1的ntpase活性，鹽脅迫反應被激活(cheung?et?al.2013)。此外，其他單c2結構域蛋白也可以在細胞質和質膜之間轉運，如調節水稻花粉育性的蛋白質ospbp1具有鈣濃度依賴性磷脂結合活性，可對細胞內的ca2+濃度的變化響應，定位轉換到細胞質膜(yang?et?al.2008)。而本研究中的tagap1主要定位于細胞質和細胞核中(見圖4、圖5)。單個c2結構域蛋白可參與不同物種的防御和脅迫反應。擬南芥中的atbap1通過抑制細胞程序性死亡(超敏反應的必要反應)來抑制植物防御，bap1功能的喪失增強了對毒性細菌和卵菌病原體的抗病能力，且這種增強的抗性是由水楊酸、pad4和抗病基因snc1介導的(yang?et?al.2006；yang?et?al.2007)。另一方面，atbap1或其同源物atbap2可減輕酵母的氧化應激(yang?et?al.2007)。osgap1參與水稻的防御和高鹽脅迫反應。高鹽誘導了osgap1、v-atp酶的跨膜亞基osvha-a1和小gtp酶osrab11的表達，osvha-a1可直接與osrab11及osgap1相互作用。在鹽脅迫條件下，這些相互作用調控osvha-a1在高爾基體網絡tgn和前液泡室pvc之間的囊泡運輸以及osgap1在中央液泡的定位。osrab11與osgap1的相互作用促進了osvha-a1的囊泡運輸，以調節高鹽度導致的細胞質中離子失衡(son?et?al.2013)。過表達osgap1增強了對水稻對黃單胞菌xoo不同小種的抗性，具有廣譜抗性，同時提高了三個防御標記基因pr1、grcwp和pbz1的基礎轉錄水平(chern?etal.2005；cheung?et?al.2008)。此外，轉osgap1的擬南芥增強了對pst?dc3000的抵抗能力及防御標記基因pr1、pr2、pdf1.2和thi2.1的轉錄水平(thomma?et?al.1998；cheong?etal.2002；cheung?et?al.2008)。說明osgap1可能參與多種信號通路，賦予廣譜抗病能力(cheung?et?al.2008)。

4、擬南芥atgap1也稱為為c2結構域aba相關(car4)蛋白，參與脫落酸(aba)信號傳導。atgap1(car4)介導aba受體(rcar)的pyr/pyl調控組分以鈣依賴的方式被招募至質膜，在此過程中發生短暫的相互作用，從而影響pyr/pyl的亞細胞定位(diaz?et?al.2016；rodriguez?et?al.2014)。同時，pyr/pyl和pp2c的互作可抑制由aba激活的蔗糖非酵解型激酶亞家族2(snrk2s)的去磷酸化活性，且atgap1(car4)可促進二者之間的互作，正向調控aba通路。除此之外，經snrk2s磷酸化的abf轉錄因子可結合aba分子響應元件，以調控aba信號途徑中防御基因的轉錄(park?et?al.2009；ma?et?al.2009；yoon?et?al.2020)。car基因的缺失可導致對aba的敏感性減弱，從而抑制根系的生長。據推測，環境脅迫可能會引起細胞內ca2+水平的振蕩，而car蛋白可能介導細胞內aba和ca2+信號之間的串擾(diaz?etal.2016；rodriguez?et?al.2014)。此外，atgap1也參與生物脅迫反應，過表達atgap1使擬南芥能更有效的對抗病原菌pst?dc3000壓力和提高pr1的表達水平。對pst?dc3000接種后過表達atgap1擬南芥植株的蛋白質組學分析顯示atgap1過表達通過增加病原菌感染前細胞壁修飾相關蛋白的積累，來增加葉肉細胞的細胞壁厚度，減小葉片氣孔孔徑，增強了擬南芥對病原菌pst?dc3000感染的抗性(cheng?et?al.2022)。總之，單個c2結構域蛋白可調節植物免疫反應的啟動和過程及增強植物對不利環境的抵抗能力。

技術實現思路

1、本專利技術的目的是提供了一種小麥白粉病抗性基因tagap1、其編碼蛋白及其應用。

2、本專利技術是通過以下技術方案實現的：

3、本本文檔來自技高網...

【技術保護點】

1.小麥白粉病抗性基因TaGAP1，其特征在于，通過Ensembl?Plants網站分析TaGAP1全長513bp，編碼一個由170aa的GTP酶激活蛋白，蛋白大小為18.98kDa。

2.如權利要求1所述的小麥白粉病抗性基因TaGAP1，其特征在于，其核苷酸序列如SEQID?NO.1所示。

3.如權利要求1所述的小麥白粉病抗性基因TaGAP1的編碼蛋白，其特征在于，其氨基酸序列如SEQ?ID?NO.2所示。

4.如權利要求1所述小麥白粉病抗性基因TaGAP1在小麥白粉病抗性育種中的應用。

【技術特征摘要】

1.小麥白粉病抗性基因tagap1，其特征在于，通過ensembl?plants網站分析tagap1全長513bp，編碼一個由170aa的gtp酶激活蛋白，蛋白大小為18.98kda。

2.如權利要求1所述的小麥白粉病抗性基因tagap1，其特征在于，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李強，任俊，王保通，
申請(專利權)人：西北農林科技大學，
類型：發明
國別省市：