[發(fā)明專利]使植物具有除草劑抗性的小麥ALS突變型蛋白、基因及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710450138.5
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107022540B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張保龍;王金彥;凌溪鐵;陳天子
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院
• 主分類號: C12N9/88
• 分類號: C12N9/88;C12N15/60;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/82;A01H6/20;C12Q1/6895;G01N33/573
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王艷

本發(fā)明公開了使植物具有除草劑抗性的小麥ALS突變型蛋白。本發(fā)明還公開了編碼上述蛋白的核酸。該蛋白來源于抗ALS抑制劑類除草劑的小麥突變體植株，與野生型小麥A基因組中的ALS序列相比，其蛋白序列在Ser630位點突變。植物表達(dá)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。本發(fā)明的小麥ALS突變蛋白的小麥1葉1芯幼苗在施用3mL百壟通/L水(9倍推薦使用濃度)后，植株仍然正常生長發(fā)育和結(jié)實。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于植物蛋白和植物抗除草劑領(lǐng)域，涉及使植物具有除草劑抗性的小麥ALS突變型蛋白、基因及其應(yīng)用；具體而言，本發(fā)明涉及小麥的乙酰乳酸合成酶(ALS)突變蛋白，該蛋白能賦予植物尤其小麥抗乙酰乳酸合成酶抑制劑類除草劑的特性。本發(fā)明公開了該蛋白的序列，以及它們在植物抗除草劑領(lǐng)域中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

農(nóng)田雜草是導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)的最主要原因之一。與傳統(tǒng)依靠栽培措施、人工除草和機(jī)械除草等方法相比，化學(xué)除草劑的使用是人們公認(rèn)的防除農(nóng)田雜草最高效的、簡便的和經(jīng)濟(jì)的治理方法。

乙酰乳酸合成酶(ALS)(也稱乙酰羥酸合成酶，AHAS；Ec 4.1.3.18)抑制劑類除草劑以ALS作為靶標(biāo)而導(dǎo)致雜草死亡，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。ALS抑制劑類除草劑具有選擇性強(qiáng)、殺草譜廣、低毒高效、對哺乳動物毒性低等優(yōu)點，目前已大面積推廣使用。但這些除草劑對一般不具有抗(耐)除草劑特性的農(nóng)作物本身也產(chǎn)生藥害，極大限制了其使用時間和使用空間，如需要在農(nóng)作物播種前一段時間使用除草劑才能避免農(nóng)作物遭受藥害。因此，培育一些抗(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。

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、Asp 376、Trp 537、Trp548、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(fā)生突變可以產(chǎn)生ALS抑制劑類除草劑抗性，這在多種農(nóng)作物(包括玉米、小麥、小麥、油菜、向日葵等)、模式植物擬南芥和上百種雜草中均有報道。

生產(chǎn)上廣泛種植的普通小麥?zhǔn)且环N異源六倍體，含有A、B和D三個基因組，即每個基因在小麥基因組中都有3個拷貝。目前，小麥已知的抗ALS抑制劑突變位點包括Ala 179、Ser 627(授權(quán)專利CN102559646B)。基因序列比對分析發(fā)現(xiàn)，該已知的Ala 179、Ser 627突變位于小麥D基因組的6DL染色體上。ALS突變體抗除草劑水平與ALS氨基酸突變的位置有關(guān)，還與突變后的氨基酸種類及突變氨基酸的數(shù)目有關(guān)。

目前，ALS抑制劑類除草劑的作用機(jī)理尚未確定，很難提前預(yù)測ALS蛋白其它氨基酸位點的突變是否會產(chǎn)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(fā)現(xiàn)ALS蛋白新的除草劑抗性位點。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供使植物具有除草劑抗性的蛋白。

本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供了編碼該蛋白的核酸以及表達(dá)盒、載體和細(xì)胞等。

本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供了獲得具有除草劑抗性的植物的方法和應(yīng)用。

本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供了判斷植物是否采用本發(fā)明方法獲得的鑒定方法。