本發(fā)明涉及基因工程領(lǐng)域，特別是涉及zmmapk16基因在正向調(diào)控玉米的穗腐病抗性和/或產(chǎn)量中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、玉米穗腐病主要由植物病原菌鐮孢菌(fusarium?spp.)引發(fā)，不僅通過(guò)造成果穗腐爛而引起直接減產(chǎn)，而且通過(guò)帶菌的種子抑制發(fā)芽或引起田間幼苗大量死亡，從而造成嚴(yán)重的損失。另外，鐮孢菌在侵染過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生真菌毒素，導(dǎo)致被侵染的籽粒不能用做糧食或飼料，失去經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2022年，馮等人利用玉米自交系b73和zheng58與兩種不同的大芻草z.diploperennis和z.parviglumis雜交，分別在4號(hào)、5號(hào)及10號(hào)染色體上鑒定出4個(gè)可靠的抗穗腐病qtl位點(diǎn)。zila等人利用1687個(gè)公共自交系鑒定了7個(gè)與提高對(duì)鐮孢菌穗腐病(fer)抗性相關(guān)的snp。同時(shí)，劉等人通過(guò)同源小麥中fhb1抗性基因，發(fā)掘出位于玉米三號(hào)染色體上的zmfer1基因，并證明了zmfer1突變體可以提高玉米對(duì)穗腐病的抗性。絲裂原活化蛋白激酶mapk與促絲裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activated?protein?kinasekinase，mapkk)以及促絲裂原活化蛋白激酶激酶激酶(mitogen-activated?proteinkinase?kinase?kinase，mapkkk)通過(guò)逐級(jí)磷酸化構(gòu)成了mapkkk-mapkk-mapk級(jí)聯(lián)反應(yīng)信號(hào)傳導(dǎo)途徑(mapk?cascade)。植物mapk級(jí)聯(lián)途徑可以響應(yīng)多種生物脅迫(如微生物病原體感染、損傷)，利用細(xì)胞表面和細(xì)胞間受體感知病原體感染并啟動(dòng)免疫信號(hào)。flg22和elf18都可以觸發(fā)擬南芥中包括mapk3、mapk6、mapk4和mapk11在內(nèi)的mapks強(qiáng)烈但短暫的激活。liu等人發(fā)現(xiàn)擬南芥感知病原體感染后mapk3和mapk6磷酸化acs2/acs6在體內(nèi)穩(wěn)定acs蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞acs活性加強(qiáng)和乙烯產(chǎn)量增加，從而增強(qiáng)其抗病性。becker等人發(fā)現(xiàn)用sa的功能類似物苯并噻二唑(bth)處理植株，會(huì)導(dǎo)致mapk3和mapk6激活，通過(guò)其下游組分npr1和三個(gè)冗余轉(zhuǎn)錄因子tga2、tga5和tga6在植物局部部位的植物防御信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮核心作用。同時(shí)mkk4/5-mapk3/6級(jí)聯(lián)也參與調(diào)控acc合酶活性，誘導(dǎo)乙烯的生物合成抵抗病原菌攻擊。mapk級(jí)聯(lián)可以通過(guò)防御激素的合成和信號(hào)傳導(dǎo)，來(lái)調(diào)控植物防御反應(yīng)。在mapk級(jí)聯(lián)反應(yīng)途徑中，mapk是作用于靶基因的最直接成員，因此在mapk信號(hào)傳導(dǎo)途徑中起到至關(guān)重要的作用。

2、玉米穗腐病的抗感機(jī)制研究在國(guó)際上是非常薄弱的。雖然mapk級(jí)聯(lián)途徑參與植物抗病或生長(zhǎng)發(fā)育已被廣泛報(bào)道，但關(guān)于其在作物-鐮孢菌互作方面的深入研究卻不多。對(duì)mapk研究最廣泛的是mapk3、mapk4和mapk6，它們廣泛參與激素信號(hào)(乙烯，iaa，aba)調(diào)控植物發(fā)育與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，以及植物發(fā)育(花粉發(fā)育、氣孔發(fā)育、衰老)的調(diào)控。在玉米中發(fā)現(xiàn)20個(gè)mapk基因，但其功能并沒(méi)有得到廣泛的研究。因此，挖掘更多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的抗穗腐病基因具有重要意義；而本發(fā)明通過(guò)玉米mapk基因挖掘，發(fā)現(xiàn)一個(gè)同時(shí)平衡植株產(chǎn)量與抗性的基因，現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)一個(gè)基因平衡植株產(chǎn)量與抗性的報(bào)道并不多見(jiàn)，說(shuō)明本發(fā)明挖掘的該基因資源非常珍貴，具有較高的生產(chǎn)利用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供zmmapk16基因在正向調(diào)控玉米的穗腐病抗性和/或產(chǎn)量中的應(yīng)用，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，在玉米中過(guò)表達(dá)zmmapk16基因，正調(diào)控玉米的穗腐病抗性的同時(shí)，還能提高玉米的產(chǎn)量。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供zmmapk16基因在以下任一項(xiàng)中的應(yīng)用：

4、(1)在正向調(diào)控玉米的穗腐病抗性和/或產(chǎn)量中的應(yīng)用；

5、(2)在抗穗腐病玉米選育中的應(yīng)用。

6、可選的是，所述zmmapk16基因的cds核苷酸序列如seq?id?no：2所示。zmmapk16基因還可為與上述cds核苷酸序列存在80％以上同源性的基因。

7、可選的是，正向調(diào)控玉米的穗腐病不限于在玉米穗中特異性表達(dá)zmmapk16基因?qū)崿F(xiàn)該功能，還可為在玉米其他組織中特異性表達(dá)zmmapk16基因?qū)崿F(xiàn)相同功能。

8、可選的是，本發(fā)明不限于正向調(diào)控玉米的穗腐病，還可為通過(guò)在其他作物中表達(dá)zmmapk16基因?qū)崿F(xiàn)抗穗腐病的方案。

9、可選的是，本發(fā)明不限于通過(guò)表達(dá)影響zmmapk16基因的表達(dá)量，還可通過(guò)其他方式如基因編輯、使用激活劑等方式認(rèn)為影響zmmapk16基因的表達(dá)量。

10、本發(fā)明還提供所述zmmapk16基因編碼的蛋白在以下任一項(xiàng)中的應(yīng)用：

11、(1)在正向調(diào)控玉米的穗腐病抗性和/或產(chǎn)量中的應(yīng)用；

12、(2)在抗穗腐病玉米選育中的應(yīng)用；

13、其中，所述蛋白的氨基酸序列如seq?id?no：3所示。

14、本發(fā)明還提供含有所述zmmapk16基因的重組載體在以下任一項(xiàng)中的應(yīng)用：

15、(1)在正向調(diào)控玉米的穗腐病抗性和/或產(chǎn)量中的應(yīng)用；

16、(2)在抗穗腐病玉米選育中的應(yīng)用。

17、本發(fā)明還提供含有所述重組載體的宿主菌在以下任一項(xiàng)中的應(yīng)用：

18、(1)在正向調(diào)控玉米的穗腐病抗性和/或產(chǎn)量中的應(yīng)用；

19、(2)在抗穗腐病玉米選育中的應(yīng)用。

20、本發(fā)明還提供一種提高玉米的穗腐病抗性和/或產(chǎn)量的方法，包括在玉米中過(guò)表達(dá)zmmapk16基因的步驟。

21、本發(fā)明還提供一種抗穗腐病玉米選育的方法，包括在玉米中過(guò)表達(dá)zmmapk16基因的步驟。

22、可選的是，所述zmmapk16基因的cds核苷酸序列如seq?id?no：2所示。

23、本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

24、本發(fā)明將zmmapk16在玉米中過(guò)量表達(dá)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米植株果穗感染穗腐病的面積顯著小于野生型，抗病能力明顯增強(qiáng)，因此，zmmapk16的過(guò)量表達(dá)可正向調(diào)控玉米穗腐病，此外還發(fā)現(xiàn)過(guò)量表達(dá)該基因還能增加正常條件下玉米的產(chǎn)量，同一基因平衡了玉米的產(chǎn)量和抗性，這對(duì)于玉米新品種開(kāi)發(fā)具有重要價(jià)值。本發(fā)明挖掘的zmmapk16基因及其相關(guān)功能的發(fā)現(xiàn)，將使得我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的抗病高產(chǎn)基因，并為篩選抗病高產(chǎn)的作物新品種提供科學(xué)依據(jù)，為種業(yè)安全添磚加瓦。

技術(shù)特征：

1.zmmapk16基因在以下任一項(xiàng)中的應(yīng)用：

2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，所述zmmapk16基因的cds核苷酸序列如seqid?no：2所示。

3.權(quán)利要求1或2中所述zmmapk16基因編碼的蛋白在以下任一項(xiàng)中的應(yīng)用：

4.含有權(quán)利要求1或2中所述zmmapk16基因的重組載體在以下任一項(xiàng)中的應(yīng)用：

5.含有權(quán)利要求4中所述重組載體的宿主菌在以下任一項(xiàng)中的應(yīng)用：

6.一種提高玉米的穗腐病抗性和/或產(chǎn)量的方法，其特征在于，包括在玉米中過(guò)表達(dá)zmmapk16基因的步驟。

7.一種抗穗腐病玉米選育的方法，其特征在于，包括在玉米中過(guò)表達(dá)zmmapk16基因的步驟。

8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述zmmapk16基因的cds核苷酸序列如seq?id?no：2所示。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了ZmMAPK16基因在正向調(diào)控玉米的穗腐病抗性和/或產(chǎn)量中的應(yīng)用，屬于基因工程領(lǐng)域。本發(fā)明通過(guò)在玉米中過(guò)表達(dá)ZmMAPK16基因，發(fā)現(xiàn)該基因能夠正向調(diào)控玉米的穗腐病抗性，同時(shí)也增加了玉米的產(chǎn)量。本發(fā)明提供的ZmMAPK16基因可以同時(shí)提高玉米穗腐病抗性和產(chǎn)量，同一基因平衡了玉米的產(chǎn)量和抗性，這對(duì)于玉米新品種開(kāi)發(fā)具有重要價(jià)值，也為我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的抗病高產(chǎn)基因奠定基礎(chǔ)，為種業(yè)安全添磚加瓦。

技術(shù)研發(fā)人員：馮宣軍,張維肖,肖輝輝,熊浩,張雪梅,盧艷麗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28