[發明專利]除草劑抗性蛋白質、其編碼基因及用途

有效

• 申請號: 201310730718.1
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103740666A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 陶青;吳業春;謝香庭;丁德榮
• 申請（專利權）人: 北京大北農科技集團股份有限公司;北京大北農科技集團股份有限公司生物技術中心
• 主分類號: C12N9/02
• 分類號: C12N9/02;C12N15/53;C12N15/63;C12N15/84;C12N5/10;C12N1/13;C12N1/19;C12N1/21;C12N7/01;A01K67/033;A01H5/00;A01G13/00
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技術領域

本發明涉及一種除草劑抗性蛋白質、其編碼基因及用途，特別是涉及一種對2,4-D具有抗性的蛋白質、其編碼基因及用途。

背景技術

雜草可以迅速耗盡土壤中作物和其它目的植物所需要的有價值的養分。目前有許多類型的除草劑用于控制雜草，一種特別流行的除草劑是草甘膦。已經開發了對草甘膦具有抗性的作物，如玉米、大豆、棉花、甜菜、小麥和水稻等。因此可以對種植草甘膦抗性作物的田地噴灑草甘膦以控制雜草而不顯著損害作物。

草甘膦已經在全球廣泛使用超過20年，由此導致對草甘膦和草甘膦耐性作物技術的過度依賴，并在野生雜草物種中對草甘膦天然更具耐受性或已經發展出抗草甘膦活性的植物施加了高選擇壓。已報道有少數雜草已發展出對草甘膦的抗性，包括闊葉雜草和禾本科雜草，如瑞士黑麥草、多花黑麥草、牛筋草、豚草、小飛蓬、野塘蒿和長葉車前。此外，在廣泛使用草甘膦耐性作物之前并不是農業問題的雜草也逐漸盛行，并且難于用草甘膦耐性作物控制，這些雜草主要與（但不僅與）難于控制的闊葉雜草一起出現，如莧屬、藜屬、蒲公英屬和鴨跖草科物種。

在草甘膦抗性雜草或難于控制的雜草物種的地區，種植者可以通過罐混或換用能控制遺漏雜草的其它除草劑來彌補草甘膦的弱點。在多數情況下控制闊葉雜草的一種流行且有效的罐混伴侶為2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）。2,4-D已經在農業和非作物條件下用于廣譜闊葉雜草控制超過65年，仍是全球最廣泛使用的除草劑之一。對進一步使用2,4-D的限制在于它在雙子葉植物（如大豆或棉花）中的選擇性非常低，因此2,4-D一般不用于（且一般不靠近）敏感性雙子葉作物。此外，2,4-D在禾本科作物中的用途在某種程度上受限于可能出現的作物損傷的性質。2,4-D和草甘膦的組合已經用于在種植免耕大豆和棉花之前提供更強的滅生處理，然而，由于這些雙子葉物種對2,4-D的敏感性，這些滅生處理必須在種植前14-30天進行。

和MCPA、2-甲-4-氯丙酸和2,4-D丙酸一樣，2,4-D是苯氧酸類除草劑。2,4-D用于在許多單子葉作物（如玉米、小麥和水稻）中選擇性控制闊葉雜草而不嚴重損傷目的作物。2,4-D是合成的植物生長素衍生物，其作用為使正常的細胞激素內穩態失調，并阻礙平衡的受控生長。

2,4-D對某些植物具有不同水平的選擇性（如雙子葉植物比禾本科植物更敏感）。不同植物對2,4-D的不同代謝是不同水平選擇性的一種解釋。通常植物緩慢代謝2,4-D，因此靶位點的不同活性更可能解釋植物對2,4-D不同的應答。2,4-D的植物代謝一般通過兩步代謝實現，一般是羥基化后接著與氨基酸或葡萄糖綴合。

隨著時間的發展，微生物種群已經發展出降解此特定外來物的有效的替代途徑，所述途徑引起2,4-D的完全礦化。對微生物連續應用除草劑可用來選擇能利用除草劑作為碳源用于生長（從而使其在土壤中具有競爭優勢）的微生物。因為這個原因，目前將2,4-D配制為具有相對短的土壤半衰期，并且對其后的作物沒有遇到明顯的遺留效應。這促進了2,4-D的除草劑應用。

已經廣泛研究了其降解2,4-D能力的一種生物是真養雷氏菌（Ralstonia?eutropha）。編碼礦化途徑中的第一個酶促步驟的基因為tfdA。TfdA通過α酮戊二酸依賴性雙加氧酶反應催化2,4-D酸轉化成二氯苯酚（DCP）。DCP與2,4-D相比幾乎不具有除草劑活性。TfdA在轉基因植物中用于向通常對2,4-D敏感的雙子葉植物（如棉花和煙草）中輸入2,4-D抗性。

已在環境中鑒定了大量編碼能降解2,4-D的蛋白質的tfdA型基因。許多同系物與tfdA類似（氨基酸同一性>85%）并具有與tfdA相似的酶活性。然而，有大量同系物與tfdA具有顯著更低的同一性（25-50%），但卻具有與α酮戊二酸依賴性雙加氧酶Fe⁺²雙加氧酶相關的特征殘基。因此這些不同的雙加氧酶的底物特異性是什么并不明確。與tfdA具有低同源性（氨基酸同一性28%）的獨特實例是來自Sphingobium?herbicidovorans的rdpA。已經顯示此酶催化（R）-2,4-D丙酸（和其它（R）-苯氧丙酸）以及2,4-D（苯氧乙酸）礦化的第一步。

隨著草甘膦抗性雜草的出現和2,4-D除草劑的擴大應用，需要對2,4-D敏感的目的植物中輸入2,4-D抗性。目前未發現AADM3除草劑抗性蛋白在植物中的表達水平和對除草劑的耐受性報道。

發明內容