[发明专利]一种防除杂草—紫茎泽兰的靶标及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及紫茎泽兰的2-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（MEP）生物合成途径的关键酶（2-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸环化酶）作为防除杂草-紫茎泽兰的靶标及其应用。 

背景技术

紫茎泽兰（Eupatorium adenophorum Spreng）为属菊科泽兰属，利用种子有性繁殖，还利用根或茎无性繁殖，依靠强大的根状茎快速扩展蔓延。紫茎泽兰环境适应能力强、具有强的抗逆性和极强的光适应能力。据调查，紫茎泽兰是我国目前危害最为严重的恶性入侵物种之一，名列有国家环保局和国家科学院发布的《中国第一批外来入侵物种名单》之首。紫茎泽兰已在西南地区的云南、贵州、四川、广西等省区定植，侵占农田和林地，与农作物和林木争水、争肥、争阳光、争空间，严重危害了农林业生产。紫茎泽兰严重破坏了生物多样性和生态平衡，抑制了其他植物的生长，泛滥成灾。牲畜误食导致腹泻、脱毛，甚至死亡，仅贵州省草场侵害面积达900万亩，年牧草减产12亿公斤以上，直接经济损失4.8亿元。紫茎泽兰的防治迫在眉睫，急需开发高效、无残留、具有高选择性的化学除草剂。本发明涉及紫茎泽兰的2-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（MEP）合成途径的关键酶（2-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸环化酶，ispF）作为化学防除紫茎泽兰的靶标,应用于除草剂的研发。 

目前，防除杂草-紫茎泽兰的方法主要有化学药剂防治、人工挖除和机械铲除、生物防治、种群替代控制，其中化学防除是防治紫茎泽兰的重要手段。防除紫茎泽兰的除草剂有：草甘膦、嘧磺隆、2,4-D等。草甘膦是通过抑制芳香氨基酸的合成来抑制这些氨基酸所组成蛋白质的合成以及抑制细胞壁多聚体木质素的合成。嘧磺隆是抑制乙酰乳酸合成酶（ALS），该酶是支链氨基酸缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸生物合成的关键酶，抑制ALS，就阻断了含侧链氨基酸的合成。2,4-D干扰了植物体内激素平衡，破坏核酸与蛋白质代谢，促进或抑制某些器官生长，使杂草茎叶扭曲、茎基变粗、肿裂。由于这些除草剂反复使用，使紫茎泽兰将产生抗药性，导致用药量增加，防除成本增大。本发明力图解决化学防除紫茎泽兰中存在的问题，将紫茎泽兰MEP生物合成途径的关键酶（ispF）作为防除紫茎泽兰的靶标，增加除草剂防除的选择性和特异性。 

异戊二烯类化合物是植物生长发育必需的化合物，植物中异戊二烯焦磷酸和二甲丙烯焦磷酸是合成异戊二烯类化合物的基本结构单元。植物体内异戊二烯焦磷酸通过甲羟戊酸（MVA）途径和MEP途径合成，二甲丙烯焦磷酸只在MEP途径合成，如图1。MEP途径产生的异戊二烯焦磷酸和二甲丙烯焦磷酸用于生成多种具有重要生理功 能的化合物，如单萜、双萜、叶绿素、类胡萝卜素、细胞分裂素、质体醌等。若阻断MEP途径，植物无法进行正常的生理活动，最终死亡。另外，由于动物体内不存在MEP途径，所以MEP途径是作为开发高选择性、低毒除草剂的靶标。 

IspF是MEP途径上的关键酶。IspF酶催化2-磷酸-4-(胞苷-5-焦磷酸)-2-甲基-D-赤藓糖醇脱去胞苷-5-单磷酸，环化成2-甲基-D-赤藓糖醇-2,4-环焦磷酸。如果抑制IspF酶的催化活性，这步反应无法进行，从而阻断MEP途径合成异戊二烯焦磷酸和二甲丙烯焦磷酸，植物无法合成以MEP途径合成的异戊二烯焦磷酸和二甲丙烯焦磷酸为原料的重要的生理功能的物质，无法进行正常生理活动，如光合作用等，最终导致植物死亡。因此，本发明将紫茎泽兰MEP途径的关键酶（ispF）作为防除紫茎泽兰药物的靶标，为开发出高选择性、低毒的除草剂提供了新的靶标，具有重大的理论和实践意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种防除杂草—紫茎泽兰的靶标及其应用。 

本发明所提供防除杂草—紫茎泽兰的靶标为EaispF1酶，，是如下a)或b)的蛋白： 

a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质； 

b)在序列表中序列2的氨基酸序列经过取代和/或缺失和/或添加一个或几个氨基酸且与靶标相关的由a）衍生的ispF酶。 

上述b)中的ispF酶可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。 

本发明还涉及基于紫茎泽兰EaispF1酶的结构设计的活性化合A和B： 

A类化合物，取代基R=H、OH、CH₃和OCH₃