[發明專利]粳稻ALS突變型基因及其蛋白在抗除草劑方面的應用

有效

• 申請號: 201710120010.2
• 申請日: 2017-03-02
• 公開（公告）號: CN106868027B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 張保龍;陳天子;王金彥;凌溪鐵
• 申請（專利權）人: 江蘇省農業科學院
• 主分類號: C12N15/60
• 分類號: C12N15/60;C12N9/88;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/46;C12Q1/6895;C12Q1/527
• 代理公司: 32204 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 王艷

本發明公開了一種粳稻的ALS突變型基因，其在粳稻的ALS基因序列的第536位核苷酸由C突變成核苷酸T。本發明還公開了一種粳稻的ALS突變型基因所編碼的ALS突變蛋白及其應用。該突變蛋白來源于抗ALS抑制劑類除草劑的粳稻突變體植株，與粳稻的野生型ALS序列相比，其蛋白序列在Ala179位點發生突變。綠色植物表達該蛋白序列可以抗（耐）乙酰乳酸合成酶抑制劑類除草劑，特別是咪唑啉酮類除草劑。

技術領域

本發明屬于植物蛋白和植物抗除草劑領域。具體而言，本發明涉及粳稻的乙酰乳酸合成酶(ALS)突變蛋白，該突變蛋白能賦予植物尤其水稻抗乙酰乳酸合成酶抑制劑類除草劑的特性。本發明公開了該突變蛋白的序列，以及它們在植物抗除草劑領域中的應用。

背景技術

乙酰乳酸合成酶(ALS)(也稱乙酰羥酸合成酶，AHAS；EC 4.1.3.18)，是植物和微生物3種氨基酸生物合成過程中的關鍵酶。如果此酶的活力受到抑制或者喪失，會導致植物纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸合成受阻，影響蛋白的合成，最終導致植物生長受阻，直至死亡。因此，以ALS為作用靶標開發了多種高效除草劑，主要包括磺酰脲類(Sulfonylureas,SU)、咪唑啉酮類(Imidazolinones,IMI)、三唑嘧啶類(Triazolopyrimidines,TP)、嘧啶氧(硫)苯甲酸類[Pyrimidinylthio(or oxy)–benzoates,PTB；pyrimidinyl-carboxyherbicides；PCs]和磺酰胺基羰基三唑啉酮類(Sulfonylamino-carbonyltriazolinones,SCT)等13類化合物。這些除草劑統稱為ALS抑制劑類除草劑或ALS類除草劑，這類除草劑具有選擇性強、殺草譜廣、低毒高效等特點，目前已大面積推廣使用。但這些除草劑屬于選擇性除草劑，在殺草的同時，也會對一般不具有抗(耐)除草劑特性的農作物本身產生藥害，極大限制了其使用時間和使用空間，如需要在農作物播種前一段時間使用除草劑才能避免農作物遭受藥害。培育抗(耐)除草劑作物品種可減少作物藥害、拓寬除草劑的使用范圍。

ALS屬于依賴硫胺素焦磷酸酶的家族，在植物、真菌以及藻類等體內均已被發現。該酶由催化亞基和調節亞基構成，催化亞基分子量約為65kD，調節亞基在9-54kD之間。對于實現ALS的全酶活性，除了這2個亞基之外，還依賴于3個必不可少的輔助因子，ThDP、二價金屬離子和黃素嘌呤二核苷酸。成熟的ALS蛋白大約由670個氨基酸組成，其序列在不同物種間高度保守。ALS蛋白在Gly 95、Ala 96、Ala 122、Pro 171、Pro 196、Pro 197、Ala 205、Asp376、Trp 537、Trp 548、Trp 552、Trp 557、Trp 563、Trp 574、Ser 621、Ser 627、Ser 638、Ser 653、Gly 654、Val 669等氨基酸位點(以模式植物擬南芥的ALS氨基酸位置計算)發生突變可以產生ALS抑制劑類除草劑抗性，這在多種農作物(包括玉米、小麥、水稻、油菜、向日葵等)、模式植物擬南芥和上百種雜草中均有報道。而且，不同位點的氨基酸殘基變異產生不同類型的ALS抑制劑類除草劑抗性。

其中，水稻已知的抗ALS抑制劑突變位點包括Gly 95、Ala 96、Ala 122、Trp 548、Ser 627、Ser 653和Gly 654。ALS突變體抗除草劑水平與ALS氨基酸突變的位置有關，還與突變后的氨基酸種類及突變氨基酸的數目有關。有些研究還表明，氨基酸變異引起的ALS突變酶對抑制劑類除草劑產生抗性的同時，有些ALS突變酶的酶學特性也有所改變。

目前，ALS抑制劑類除草劑的作用機理尚未確定，很難提前預測ALS蛋白其它氨基酸位點的突變是否會產生除草劑抗性，只能依賴于科研人員長期、艱苦的實踐探索，并憑借一些運氣才可能發現ALS蛋白新的除草劑抗性位點。

而且目前國內外也沒有人研究報道過關于粳稻中ALS位點突變的情況。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種粳稻的ALS突變型基因。