棉花GbCCD基因在抗黄萎病中的应用

本申请属于棉花基因抗性育种，具体涉及两个棉花 gbccd基因在棉花抗黄萎病中的应用的专利申请。

背景技术：

1、棉花是天然纤维的主要来源及重要的油料作物，也是重要的经济作物之一。农业栽培中，棉花黄萎病是棉花种植过程中主要病害之一。棉花黄萎病，是一种由土传性大丽轮枝菌（ verticillum dahliae）所导致的真菌性病害，主要危害棉花的茎、枝、叶。由于大丽轮枝菌主要以微菌核的形式存在，因此，棉花黄萎病属于一种难以根除性的病害，防治极为困难。也因此，深入研究棉花与黄萎病菌之间的作用机制，解析棉花抗黄萎病相关基因的生物学功能，对于棉花抗黄萎病的防治具有重要的科研意义。

2、关于植物对病原体防御机制的现有研究表明，植物对病原菌的免疫识别主要有三种模式，即：病原体相关分子模式pamp（pathogen-associated molecular pattern）触发的免疫反应pti（pamp-triggered immunity）、效应子激发的免疫反应eti（effector-triggered immunity）和损伤相关分子模式 damp（damage-associated molecularpattern）激发的免疫反应dti（damp-triggered immunity）。其中植物激素是pti、eti及sar免疫过程中的重要调节因子，而植物免疫应答的主要激素包括sa、ja和et等。具体响应机理中，由模式识别受体prr（pattern recognition receptors）识别pamps分子引发的基础免疫反应，包括ca2+内流、ros爆发、超敏反应（hypersensitive response, hr）、mapk（mitogen-activated protein kinase）级联通路的激活、no产生、胼胝质沉积和防御基因表达等，从而调控植物的对逆境的适应性。

技术实现思路

1、在前期棉花抗黄萎病基因筛选基础上，本发明主要目的是提供了两个具有抗黄萎病应用前景的 gbccd基因（ gbccd7、 gbccd8b），从而为黄萎病防治以及新的抗黄萎病棉花品种的培育奠定一定应用基础。

2、本申请所采取的详细技术方案如下。

3、棉花 gbccd基因在棉花抗黄萎病中的应用，所述棉花 gbccd基因包括两个： gbccd7、 gbccd8b；

4、所述棉花 gbccd基因，为独脚金内酯（sls）合成酶中类胡萝卜素裂解双加氧酶基因；具体应用时，棉花 gbccd基因的表达响应黄萎病菌的诱导而表达上调；

5、棉花 gbccd基因表达量与黄萎病抗性呈正相关关系；沉默棉花 gbccd基因后，可减弱棉花黄萎病抗性；超表达棉花 gbccd基因后，可增强棉花黄萎病抗性；

6、棉花 gbccd基因通过活性氧ros的积累来发挥黄萎病抗性作用；

7、棉花 gbccd基因表达受植物激素ja的调控，同时ja信号途径的转录因子myc2负反馈调节 ccd7/ 8的表达。

8、一种增强棉花黄萎病抗性方法，通过外施独脚金内酯（sls）或其类似物（例如rac-gr24）方式，可以提高棉花黄萎病抗性；其应用机理为：外施独脚金内酯（sls）或其类似物（例如rac-gr24）通过增强ja信号通路中防御相关基因 myc2、 pdf1.2和 vsp2的表达，来提高黄萎病抗性；同时ja信号途径的转录因子myc2负反馈调节 ccd7/ 8的表达。

9、一种抗黄萎病棉花新品种培育方法，通过超表达 gbccd7和 gbccd8b基因方法来提高黄萎病抗性。

10、独脚金内酯（strigolactones, sls）是一类来源于类胡萝卜素的类萜内酯，其作为类胡萝卜素的裂解产物，可从多种植物根部分泌物中发现。2008年起研究人员将其确定为一种新型植物激素。研究表明，sls的合成过程主要由 d27（dwarf 27）、 ccd7/8（carotenoid-cleavage dioxy-genases7/8，类胡萝卜素裂解二氧原酶）和 max1（moreaxillary growth 1）四种基因编码的蛋白质或酶来完成。其中催化类胡萝卜素裂解形成独脚金内酯的两个关键酶 ccd7/8属于类胡萝卜素裂解双加氧酶ccds家族。ccds家族是一个fe2+依赖酶类大家族，其根据裂解活性和底物特性可分为ccd1、ccd2、ccd4、ccd7和ccd8五个亚家族，其中ccd1、ccd4和ccd7具有广泛的底物特异性，而ccd8则认为对sls的合成具有特异性。

11、鉴于sls在作为一种新型激素在植物生物胁迫和非生物胁迫当中的重要作用，本申请中，发明人利用反向遗传学手段、基因工程技术、分子生物学和生物信息学等技术手段，通过对sls合成基因 ccd7/8表达量与 v. dahliae响应关系研究、以及通过对 ccd7/8基因沉默和相关调节通路研究，初步明确了 ccd7/8基因在sls棉花黄萎病抗病性中的调节机制及作用效果，而基于此研究，可为棉花黄萎病防治、以及抗黄萎病植物新品种培育奠定良好的技术基础，同时也为新的抗病基因筛选及抗性植物培育提供了新的借鉴和参考。

技术特征：

1.棉花gbccd基因在棉花抗黄萎病中的应用，其特征在于，所述棉花gbccd基因包括两个：gbccd7、gbccd8b；

2.如权利要求1所述棉花gbccd基因在棉花抗黄萎病中的应用，其特征在于，具体应用时，棉花gbccd基因的表达响应黄萎病菌的诱导而表达上调。

3.如权利要求1所述棉花gbccd基因在棉花抗黄萎病中的应用，其特征在于，棉花gbccd基因通过活性氧ros的积累来发挥黄萎病抗性作用。

4.如权利要求1所述棉花gbccd基因在棉花抗黄萎病中的应用，其特征在于，棉花gbccd基因表达量与黄萎病抗性呈正相关关系；沉默棉花gbccd基因后，可减弱棉花黄萎病抗性；超表达棉花gbccd基因后，可增强棉花黄萎病抗性。

5.如权利要求1所述棉花gbccd基因在棉花抗黄萎病中的应用，其特征在于，棉花gbccd基因表达受植物激素ja的调控，同时ja信号途径的转录因子myc2负反馈调节ccd7/8的表达。

6.一种增强棉花黄萎病抗性方法，其特征在于，通过外施独脚金内酯sls或其类似物方式，可以提高棉花黄萎病抗性。

7.如权利要求6所述增强棉花黄萎病抗性方法，其特征在于，所述独脚金内酯sls类似物为rac-gr24。

8.一种抗黄萎病棉花新品种培育方法，其特征在于，通过超表达gbccd7和gbccd8b基因方法来提高黄萎病抗性。

技术总结
本申请属于棉花基因抗性育种技术领域，具体涉及两个棉花GbCCD基因在棉花抗黄萎病中的应用的专利申请。鉴于SLs在作为一种新型激素在植物生物胁迫和非生物胁迫当中的重要作用，本申请中，发明人利用反向遗传学手段、基因工程技术、分子生物学和生物信息学等技术手段，通过对SLs合成基因CCD7/8表达量与V.dahliae响应关系研究、以及通过对CCD7/8基因沉默和相关调节通路研究，初步明确了CCD7/8基因在SLs棉花黄萎病抗病性中的调节机制及作用效果，而基于此研究，可为棉花黄萎病防治、以及抗黄萎病植物新品种培育奠定良好的技术基础，同时也为新的抗病基因筛选及抗性植物培育提供了新的借鉴和参考。

技术研发人员：蔡应繁,易飞飞,安国勇,程凯,张骁,宋傲松,邵丽丽,吴霜
受保护的技术使用者：河南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11