[發明專利]一種防除雜草—紫莖澤蘭的靶標及其應用

無效

• 申請號: 201310158600.6
• 申請日: 2013-05-02
• 公開（公告）號: CN103404518A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 侯玉霞;張晟瑞;周思泓;王平
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: A01N43/54
• 分類號: A01N43/54;A01N43/40;A01P13/02;C07D213/74;C07D239/47;G06F19/00
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技術領域

本發明涉及紫莖澤蘭的2-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸（MEP）生物合成途徑的關鍵酶（2-甲基-D-赤蘚糖醇-2,4-環焦磷酸環化酶）作為防除雜草-紫莖澤蘭的靶標及其應用。?

背景技術

紫莖澤蘭（Eupatorium?adenophorum?Spreng）為屬菊科澤蘭屬，利用種子有性繁殖，還利用根或莖無性繁殖，依靠強大的根狀莖快速擴展蔓延。紫莖澤蘭環境適應能力強、具有強的抗逆性和極強的光適應能力。據調查，紫莖澤蘭是我國目前危害最為嚴重的惡性入侵物種之一，名列有國家環保局和國家科學院發布的《中國第一批外來入侵物種名單》之首。紫莖澤蘭已在西南地區的云南、貴州、四川、廣西等省區定植，侵占農田和林地，與農作物和林木爭水、爭肥、爭陽光、爭空間，嚴重危害了農林業生產。紫莖澤蘭嚴重破壞了生物多樣性和生態平衡，抑制了其他植物的生長，泛濫成災。牲畜誤食導致腹瀉、脫毛，甚至死亡，僅貴州省草場侵害面積達900萬畝，年牧草減產12億公斤以上，直接經濟損失4.8億元。紫莖澤蘭的防治迫在眉睫，急需開發高效、無殘留、具有高選擇性的化學除草劑。本發明涉及紫莖澤蘭的2-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸（MEP）合成途徑的關鍵酶（2-甲基-D-赤蘚糖醇-2,4-環焦磷酸環化酶，ispF）作為化學防除紫莖澤蘭的靶標,應用于除草劑的研發。?

目前，防除雜草-紫莖澤蘭的方法主要有化學藥劑防治、人工挖除和機械鏟除、生物防治、種群替代控制，其中化學防除是防治紫莖澤蘭的重要手段。防除紫莖澤蘭的除草劑有：草甘膦、嘧磺隆、2,4-D等。草甘膦是通過抑制芳香氨基酸的合成來抑制這些氨基酸所組成蛋白質的合成以及抑制細胞壁多聚體木質素的合成。嘧磺隆是抑制乙酰乳酸合成酶（ALS），該酶是支鏈氨基酸纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸生物合成的關鍵酶，抑制ALS，就阻斷了含側鏈氨基酸的合成。2,4-D干擾了植物體內激素平衡，破壞核酸與蛋白質代謝，促進或抑制某些器官生長，使雜草莖葉扭曲、莖基變粗、腫裂。由于這些除草劑反復使用，使紫莖澤蘭將產生抗藥性，導致用藥量增加，防除成本增大。本發明力圖解決化學防除紫莖澤蘭中存在的問題，將紫莖澤蘭MEP生物合成途徑的關鍵酶（ispF）作為防除紫莖澤蘭的靶標，增加除草劑防除的選擇性和特異性。?

異戊二烯類化合物是植物生長發育必需的化合物，植物中異戊二烯焦磷酸和二甲丙烯焦磷酸是合成異戊二烯類化合物的基本結構單元。植物體內異戊二烯焦磷酸通過甲羥戊酸（MVA）途徑和MEP途徑合成，二甲丙烯焦磷酸只在MEP途徑合成，如圖1。MEP途徑產生的異戊二烯焦磷酸和二甲丙烯焦磷酸用于生成多種具有重要生理功?能的化合物，如單萜、雙萜、葉綠素、類胡蘿卜素、細胞分裂素、質體醌等。若阻斷MEP途徑，植物無法進行正常的生理活動，最終死亡。另外，由于動物體內不存在MEP途徑，所以MEP途徑是作為開發高選擇性、低毒除草劑的靶標。?

IspF是MEP途徑上的關鍵酶。IspF酶催化2-磷酸-4-(胞苷-5-焦磷酸)-2-甲基-D-赤蘚糖醇脫去胞苷-5-單磷酸，環化成2-甲基-D-赤蘚糖醇-2,4-環焦磷酸。如果抑制IspF酶的催化活性，這步反應無法進行，從而阻斷MEP途徑合成異戊二烯焦磷酸和二甲丙烯焦磷酸，植物無法合成以MEP途徑合成的異戊二烯焦磷酸和二甲丙烯焦磷酸為原料的重要的生理功能的物質，無法進行正常生理活動，如光合作用等，最終導致植物死亡。因此，本發明將紫莖澤蘭MEP途徑的關鍵酶（ispF）作為防除紫莖澤蘭藥物的靶標，為開發出高選擇性、低毒的除草劑提供了新的靶標，具有重大的理論和實踐意義。?

發明內容

本發明的目的是提供一種防除雜草—紫莖澤蘭的靶標及其應用。?

本發明所提供防除雜草—紫莖澤蘭的靶標為EaispF1酶，，是如下a)或b)的蛋白：?

a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列組成的蛋白質；?

b)在序列表中序列2的氨基酸序列經過取代和/或缺失和/或添加一個或幾個氨基酸且與靶標相關的由a）衍生的ispF酶。?

上述b)中的ispF酶可人工合成，也可先合成其編碼基因，再進行生物表達得到。?

本發明還涉及基于紫莖澤蘭EaispF1酶的結構設計的活性化合A和B：?

A類化合物，取代基R=H、OH、CH₃和OCH₃