马铃薯糖转运蛋白基因StSWEET10c在改良马铃薯晚疫病抗性中的应用

本发明属于植物基因工程和分子抗病育种领域，具体是马铃薯糖转运蛋白基因stsweet10c在改良马铃薯晚疫病抗性中的应用。

背景技术：

1、目前马铃薯抗病育种严重依赖来自野生种s.demissum的主效抗病基因r1-r11，由于致病疫霉phytophthora infestans基因组大且复杂，变异程度高，由单个抗病基因控制的抗性很容易在短时间内丧失(haas et al.,2009；raffaele et al.,2010)。近年来马铃薯抗晚疫病的育种策略转向通过将抗病r基因以及具有广谱抗性的抗性防卫基因进行聚合。此外，生物技术的发展为传统马铃薯抗病育种提供了新的方法，基因修饰、rnai沉默和crispr/cas9基因编辑等技术，也将有助于加速抗病育种进程。因此，挖掘植物体自身的抗/感基因，并加以利用，对开发持久且广谱抗性的品种有重要作用(kieu et al 2021；paluchowska et al 2022；tang et al.,2022)。

2、病原菌侵染植物时，需要从宿主体内摄取糖和其他营养物质以供定殖和生长。细菌和真菌病原菌侵染时激活定位于细胞膜上的特定糖转运蛋白编码基因sweet(sugarswill eventually be exported transporters)的表达，以促进感染部位细胞分泌糖以利病原菌繁殖，通过基因编辑手段对水稻sweet基因进行改造可增强水稻对白叶枯病的广谱抗性(varshney et al.,2019)；对木薯mesweet10a进行编辑可以在保持植株正常生长发育的同时增强木薯对细菌性枯萎病的抗性(veley et al.,2023)。马铃薯基因组中共有35个sweet基因,有些基因可被根际丛枝菌诱导(manck-and requena，2016)，但由于多数物种中的sweet基因存在功能冗余现象，马铃薯sweet基因在晚疫病抗性中的功能未知，制约了这类基因在马铃薯晚疫病抗性改良中的应用。

3、在植物-病原互作中，寄主如何避免糖转运蛋白被病原劫持，可能存在精细调控，在保证不影响植物生长发育的同时，减弱被病原菌利用的可能。申请人发现和证明了一个能促进晚疫病原菌侵染的糖转运蛋白stsweet10c负调控免疫反应，超量表达stsweet10c促进病原菌的扩展；而通过干涉stsweet10c基因的表达，可以显著提高马铃薯对晚疫病的抗性，而转基因植株生长未受到明显影响。本研究提供了一个改良马铃薯晚疫病抗性的靶标基因。

4、现有技术存在的问题：晚疫病是马铃薯生产栽培中最严重的病害，发病和蔓延速度快，对马铃薯生产造成严重威胁。晚疫病原菌p.infestans基因组复杂，变异快，许多马铃薯抗病基因不断被克服。深入解析马铃薯免疫机制以及挖掘抗性基因并加以利用是改良马铃薯晚疫病抗性的有效途径。本发明要解决的关键技术问题在于通过系统研究揭示了马铃薯stsweet10c基因编码糖转运蛋白，在晚疫病原菌侵染马铃薯的过程中可以向细胞间隙转运糖分，为晚疫病菌提供养分，从而促进病原菌侵染。马铃薯中干涉stsweet10c基因导致病原菌获得养分受阻，抑制晚疫病菌侵染和扩展。stsweet10c是一个通过生物技术改良马铃薯晚疫病广谱抗性的关键靶标基因。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明提供了马铃薯糖转运蛋白基因stsweet10c在改良马铃薯晚疫病抗性中的应用。为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

2、实施例1

3、1.马铃薯stsweet10c基因，所述stsweet10c基因cds序列如序列表seq no.1所示，stsweet10c基因genbank编号为ku686982，cds序列包含891bp核苷酸。

4、2.马铃薯stsweet10c蛋白，所述stsweet10c蛋白的氨基酸序列如序列表seq no.2所示，stsweet10c蛋白genbank编号为amq35591.1，包含296个氨基酸。

5、3.马铃薯stsweet10c基因功能验证方法，所述方法包括：(1)stsweet10c基因表达分析，(2)stsweet10c基因克隆及表达载体构建，(3)本氏烟中瞬时超量表达stsweet10c验证基因功能，(4)马铃薯遗传转化与转基因植株检测，(5)转基因马铃薯抗性鉴定，(6)stsweet10c蛋白糖转运功能验证。

6、4.马铃薯stsweet10c基因提高晚疫病抗性的应用，所述stsweet10c基因cds序列如序列表seq no.1所示，通过干扰stsweet10c基因表达实现提高晚疫病抗性的应用。

7、优选的，所述马铃薯stsweet10c基因提高晚疫病抗性的应用，采用rnai干扰stsweet10c基因的表达，干扰片段如序列表seq no.1中648-867bp所示。

8、优选的，所述马铃薯stsweet10c基因提高晚疫病抗性的应用，干扰stsweet10c基因表达，降低细胞内向细胞膜外质体转运蔗糖，降低细胞间隙液的蔗糖含量，而抑制晚疫病原菌的定殖与扩展。

9、5.马铃薯stsweet10c基因蔗糖转运的应用，所述stsweet10c基因cds序列如序列表seq no.1所示。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明首次解析马铃薯糖转运基因stsweet10c能够被晚疫病原菌激活，stsweet10c蛋白具有转运蔗糖的能力，向质外体供给糖分能够促进病原菌定殖和侵染的机制。通过基因干涉技术降低stsweet10c基因的表达量或利用基因编辑技术敲除该基因，能够阻止病原菌对糖的摄取，从而提高马铃薯对晚疫病的抗性，在马铃薯中干涉该基因没有明显生长表型变化。因此，本发明提供了一个改良马铃薯晚疫病抗性的重要靶标基因。

11、由于晚疫病原菌进化和变异迅速，常常导致具有小种特异性的晚疫病抗病基因很快丧失(haas et al.,2009；raffaele et al.,2010)。由于病原菌包括晚疫病菌侵染植物都必需从寄主摄取营养，其中糖是关键营养之一，通过调控寄主糖转运蛋白可以干扰病原菌攫取养分的途径，从而减弱各种晚疫病原菌的侵染和扩展。另外，也可能干扰其他病原菌的侵染和扩展。因此，本发明提供了一个改良马铃薯晚疫病广谱抗性及其他病害抗性的重要靶标基因。

技术特征：

1.马铃薯stsweet10c基因提高晚疫病抗性的应用，其特征在于所述stsweet10c基因cds序列如序列表seq no.1所示，通过干扰stsweet10c基因表达实现提高晚疫病抗性。

2.根据权利要求1所述马铃薯stsweet10c基因提高晚疫病抗性的应用，其特征在于采用rnai干扰stsweet10c基因的表达，干扰片段如序列表seq no.1中648-867bp所示。

3.根据权利要求1所述马铃薯stsweet10c基因提高晚疫病抗性的应用，其特征在于干扰stsweet10c基因表达能抑制由细胞内经细胞膜向外质体转运蔗糖，降低细胞间隙液的蔗糖含量，从而抑制晚疫病原菌的定殖与扩展。

4.马铃薯stsweet10c基因蔗糖转运的应用，其特征在于所述stsweet10c基因cds序列如序列表seq no.1所示。

5.马铃薯stsweet10c基因，其特征在于所述stsweet10c基因cds序列如序列表seqno.1所示，stsweet10c基因genbank编号为ku686982，cds序列包含891bp核苷酸。

6.马铃薯stsweet10c蛋白，其特征在于所述stsweet10c蛋白的氨基酸序列如序列表seqno.2所示，stsweet10c蛋白genbank编号为amq35591.1，包含296个氨基酸。

7.马铃薯stsweet10c基因功能验证方法，其特征在于所述方法包括：(1)stsweet10c基因表达分析，(2)stsweet10c基因克隆及表达载体构建，(3)本氏烟中瞬时超量表达stsweet10c验证基因功能，(4)马铃薯遗传转化与转基因植株检测，(5)转基因马铃薯抗性鉴定，(6)stsweet10c蛋白糖转运功能验证。

技术总结晚疫病是马铃薯生产栽培中最严重的病害，发病和蔓延速度快，对马铃薯生产造成严重威胁。本发明提供马铃薯糖转运蛋白编码基因StSWEET10c及其在改良马铃薯晚疫病抗性中的应用。StSWEET10c基因在晚疫病原菌侵染马铃薯的过程中向细胞间隙转运糖分，为晚疫病菌提供养分，从而促进病原菌侵染。马铃薯中干涉StSWEET10c基因导致病原菌获得养分受阻，抑制晚疫病菌侵染和扩展。StSWEET10c基因可以作为通过生物技术改良马铃薯晚疫病和其他病害的关键靶标基因。技术研发人员：田振东,吴欣桐,周小爽,林田雨,张文君,邱惠珊受保护的技术使用者：华中农业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20