[發明專利]油菜抗三唑嘧啶磺酰胺類除草劑基因及其應用

有效

• 申請號: 201880071918.1
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN111373035B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 胡茂龍;浦惠明;龍衛華;高建芹;張潔夫;陳松;程麗;彭琦;陳鋒;周曉嬰;張維;付三雄;王曉東
• 申請（專利權）人: 江蘇省農業科學院
• 主分類號: C12N9/10
• 分類號: C12N9/10;C12N15/54;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/20
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 李程達

本發明提供了油菜抗三唑嘧啶磺酰胺類除草劑基因及其應用。更具體地，本發明提供了耐受三唑嘧啶磺酰胺類除草劑的油菜植物及其部分、抗性基因、突變蛋白及其應用。

技術領域

本發明涉及植物基因工程技術領域，具體地，涉及油菜抗三唑嘧啶磺酰胺類除草劑基因及其應用。更具體地，本發明涉及耐受三唑嘧啶磺酰胺類除草劑的油菜植物及其部分、抗性基因、突變蛋白及其應用。

背景技術

油菜是我國播種面積最大，地區分布最廣的油料作物。我國是世界上生產油菜籽最多的國家。油菜生產過程中一類重要的生物危害是農田雜草，其不但與油菜作物爭水爭肥爭光，而且改變油菜作物田間小氣候，甚至有些雜草還是油菜作物病蟲害的中間寄主，加快病蟲害的蔓延，嚴重影響了油菜作物產量和品質。然而，人工除草費時、費力，增加生產成本。因此，應用除草劑防治田間雜草成為人們的必然選擇。

除草劑主要是通過抑制或干擾植物關鍵的代謝過程而抑制植物生長或殺死植物。以氨基酸生物合成過程中的關鍵酶為靶標，是研發新型高效除草劑的一個重要方向和熱點。以乙酰乳酸合酶(acetolactate synthase，ALS；EC2.2..16)為靶酶開發的除草劑，己經成為新型高效除草劑的主流產品。ALS是催化支鏈氨基酸(纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸)生物合成第一步的酶。ALS抑制劑類除草劑能抑制植物細胞內的ALS酶活性，阻礙支鏈氨基酸(纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸)生物合成，從而抑制植物細胞的分裂和生長。已研制開發的乙酰乳酸合酶抑制劑主要有磺酰脲類、咪唑啉酮類、嘧啶水楊酸類、三唑嘧啶磺酰胺類(triazolopyrimidines，TP)等除草劑。

在眾多的乙酰乳酸合酶抑制劑中，三唑嘧啶磺酰胺類除草劑自20世紀90年代開發成功以來發展非常迅速，已報道了近10個商品化的品種，主要有雙氟磺草胺、唑嘧磺草胺、雙氯磺草胺、五氟磺草胺等。三唑嘧啶磺酰胺類除草劑的作用機制與磺酰脲類除草劑類似，是典型的乙酰乳酸合酶抑制劑。三唑嘧啶磺酰胺類除草劑使植物體內ALS活力降低，纈氨酸、亮氨酸與異亮氨酸的合成受到抑制，影響蛋白質的合成從而導致植物生長停止而死亡。植物根與葉均吸收藥劑，在體內周身傳導，積累于分生組織，抑制細胞分裂。雜草受害的典型癥狀是：葉片中脈失綠，葉脈褪色，葉片白化或紫化，節間變短，頂芽死亡，最終全株死亡而起到殺死雜草的目的。

研究發現，ALS上氨基酸替換發生的位點及其位點處替換氨基酸不同產生的抗性功能存在顯著差異(Yu Q,Han HP,Martin M,Vila-Aiub,Powles SB.AHAS herbicideresistance endowing mutations:effect on AHAS functionality and plant growth.JExp Botany,2010,61:3925-3934)。不同位點氨基酸替換產生的ALS抑制劑除草劑抗性效應存在顯著差異，同時不同位點突變對其它ALS抑制劑除草劑存在比較復雜的交互抗性關系。

本領域需要獲得相對于強生命力的雜草具有生長優勢的油菜植物，需要獲得可耐受三唑嘧啶磺酰胺類除草劑的非轉基因油菜植物。

發明概述

本發明解決了這種需要，并提供了突變的乙酰乳酸合酶(ALS)核酸和這些突變的核酸編碼的蛋白。本發明還涉及包含這些突變核酸和蛋白的油菜植物、細胞和種子，所述突變賦予油菜植物對于三唑嘧啶磺酰胺類除草劑的耐受，其中所述ALS基因編碼的ALS多肽在其位置556處含有不同于色氨酸的氨基酸并且在其位置179處含有不同于脯氨酸的氨基酸。在優選的實施方式中，所述ALS基因編碼的ALS多肽具有選自下列的雙重突變：W556L和P179S；W556L和P179T；W556L和P179L；W556L和P179A。在最優選的實施方式中，所述ALS基因編碼的ALS多肽具有下列突變：W556L和P179S。

在一個實施方式中，本發明提供了編碼突變的乙酰乳酸合酶(ALS3)的分離的核酸，所述突變的乙酰乳酸合酶(ALS3)蛋白包含如下的突變：