[發明專利]水稻抗除草劑蛋白及其在植物育種中的應用

有效

• 申請號: 201210037789.9
• 申請日: 2012-02-20
• 公開（公告）號: CN102586215A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 陳竹鋒;王承旭;柳威;唐曉艷;鄧興旺
• 申請（專利權）人: 深圳興旺生物種業有限公司
• 主分類號: C12N9/88
• 分類號: C12N9/88;C12N15/60;C12N15/63;C12N1/21;C12N1/19;C12N5/10;A01H5/00;A01H1/02;A01H4/00;C12N15/84;C12Q1/68;C12Q1/527
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技術領域

本發明屬于植物蛋白質領域，具體而言，本發明涉及能賦予植物（尤其是水稻）除草劑抗性（耐受性）的蛋白及其在植物育種中的應用。

背景技術

農田中雜草是影響農作物產量的最重要因素之一，而人工除草所需要消耗的人力資源和成本很高，而且不便于農業集約化生產，嚴重制約了農作物種植向高產、優質和低成本方向的發展進程。因此，除草劑就運應而生，其使用為解決農田草害、促進栽培方式的革新及增產起了很大的作用。

常見的除草劑，包括有磺酰脲類、咪唑啉酮類、嘧啶并三唑類、水楊酸嘧啶類等除草劑，目前已經大面積商業推廣使用。然而，由于這些除草劑通常也能殺死農作物本身，因此對一般不具有除草劑抗性（耐受性）的農作物而言，除草劑的使用在時間和空間上受到了極大限制，如需要在農作物播種前一段時間使用除草劑。

為此，人們研究開發具有除草劑抗性（耐受性）的植物（農作物），這樣可以在種植期間使用除草劑，殺死雜草，但不影響植物本身的生長，由此拓寬了除草劑的使用范圍。然而，具有除草劑抗性的植物及其起決定性的物質（如蛋白、基因等）目前還沒有理論來定向設計出，只能依賴于科研人員艱苦實踐而獲得，尤其是依賴長期篩選，并且憑借一些運氣才能獲得。

本發明人正是長期而艱苦的研究實踐，偶然地在水稻黃華占和黃絲占突變植株中發現了一系列（突變）蛋白，其能夠在除草劑存在的條件下基本保持原有蛋白的正常植物生理功能，從而使得植物具有除草劑抗性（耐受性）。本發明人還開發了這些蛋白及其編碼基因在轉基因或者非轉基因植物育種中的應用，可用于培育具有除草劑抗性的植物，尤其是農作物，如水稻等。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供新的使植物具有除草劑抗性的蛋白質。另外，本發明還提供了編碼這些蛋白質的核酸以及基因工程中間體（如，表達盒、載體和細胞等），獲得具有除草劑抗性的植物的方法和應用，并且提供了判斷植物是否采用本發明方法獲得的鑒定方法。

具體而言，在第一方面，本發明提供了使植物具有除草劑抗性的ALS蛋白質，其帶有Trp548、Ala96和/或Ser627突變。在本文中，ALS就是乙酰乳酸合成酶（acetolactate?synthase）的簡稱，其酶分類編號為EC4,1.3.18。乙酰乳酸合成酶是支鏈氨基酸合成中的一個關鍵酶，如在纈氨酸和亮氨酸的合成中催化丙酮酸生成乙酰乳酸和二氧化碳，在異亮氨酸的合成中催化丙酮酸與丁酮酸生成2-乙醛基-2-羥基丁酸（James?C.?Global?Status?of?Commercialized?Biotech/GM?Crops:?2006.?ISAAA?Briefs.?Ithaca,?NY）。水稻ALS的氨基酸序列如GenBank登錄號AAX14281.1，這在本文中被稱為“野生型”的ALS，其不具有除草劑抗性。優選本發明第一方面的蛋白質的氨基酸序列是在野生型ALS的氨基酸序列上帶有Trp548、Ala96和/或Ser627突變。

本發明第一方面的蛋白質是從本發明人突變的水稻植株中發現的。目前，已經發現ALS突變蛋白在不同植物（包括玉米、小麥、水稻、油菜、和向日葵等）的同源蛋白的第122、155、197、205、574、653、和/或654等位點會產生突變，從而使得相應植物對咪唑啉酮類、磺酰脲類、三唑嘧啶類和嘧啶水楊酸類等除草劑產生抗性（Tan?S,??Evzns?R?R,?Dahmer?M?L,?et?al.?Imidazolinone-tolerant?crops:?History，?current?status?and?Future.?Pest?Management?Science.?2005,?61:?246-257；Tan?S,?Evzns?R?R,?Dahmer?M?L,?et?al.?Imidazolinone-tolerant?crops:?History,?current?status?and?Future?[J].?Pest?Management?Science.?2005,?61:?246-257）。然而，沒有報道表明，在來自水稻的ALS?的Trp548、Ala96和/或Ser627位點突變，會使得相應植物（尤其是水稻）具有除草劑抗性。