[发明专利]一种小麦ALS突变型基因及其蛋白和应用

说明书

技术领域

本发明属于植物蛋白和植物抗除草剂领域，涉及一种小麦ALS突变型基因及其蛋白和应用；具体而言，本发明涉及小麦的乙酰乳酸合成酶(ALS)突变蛋白，该蛋白能赋予植物尤其小麦抗乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂的特性。本发明公开了该蛋白的序列，以及它们在植物抗除草剂领域中的应用。

背景技术

杂草是制约农业生产稳产高产的不利因素。与传统依靠栽培措施、人工除草和机械除草等方法相比，化学除草剂的使用是一种高效的、简便的和经济的治理杂草方法。

乙酰乳酸合成酶(ALS)(也称乙酰羟酸合成酶，AHAS；EC 4.1.3.18)抑制剂类除草剂以ALS作为靶标而导致杂草死亡，主要包括磺酰脲类(Sulfonylureas,SU)、咪唑啉酮类(Imidazolinones,IMI)、三唑嘧啶类(Triazolopyrimidines,TP)、嘧啶氧(硫)苯甲酸类[Pyrimidinylthio(or oxy)–benzoates,PTB；pyrimidinyl-carboxyherbicides；PCs]和磺酰胺基羰基三唑啉酮类(Sulfonylamino-carbonyltriazolinones,SCT)等13类化合物。ALS抑制剂类除草剂具有选择性强、杀草谱广、低毒高效等特点，目前已大面积推广使用。但这些除草剂对一般不具有抗(耐)除草剂特性的农作物本身也产生药害，极大限制了其使用时间和使用空间，如需要在农作物播种前一段时间使用除草剂才能避免农作物遭受药害。培育抗(耐)除草剂作物品种可减少作物药害、拓宽除草剂的使用范围。

成熟的ALS蛋白大约由670个氨基酸组成，其序列在不同物种间高度保守。ALS蛋白在Gly 95、Ala 96、Ala 122、Pro 171、Pro 196、Pro 197、Ala 205、Asp 376、Trp 537、Trp 548、Trp 552、Trp 557、Trp 563、Trp 574、Ser 621、Ser 627、Ser 638、Ser 653、Gly 654、Val 669等氨基酸位点(以模式植物拟南芥的ALS氨基酸位置计算)发生突变可以产生ALS抑制剂类除草剂抗性，这在多种农作物(包括玉米、小麦、小麦、油菜、向日葵等)、模式植物拟南芥和上百种杂草中均有报道。

生产上广泛种植的普通小麦是一种异源六倍体，含有A、B和D三个基因组。小麦已知的抗ALS抑制剂突变位点包括Ala 179、Ser 627(授权专利CN102559646B)。基因序列比对分析发现，该已知的Ala 179、Ser 627突变位于小麦D基因组中的6DL染色体上。ALS突变体抗除草剂水平与ALS氨基酸突变的位置有关，还与突变后的氨基酸种类及突变氨基酸的数目有关。

目前，ALS抑制剂类除草剂的作用机理尚未确定，很难提前预测ALS蛋白其它氨基酸位点的突变是否会产生除草剂抗性，只能依赖于科研人员长期、艰苦的实践探索，并凭借一些运气才可能发现ALS蛋白新的除草剂抗性位点。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种小麦ALS突变型基因。

本发明还要解决的技术问题是提供上述小麦ALS突变型基因所编码的小麦ALS蛋白。

本发明还要解决的技术问题是提供了含有上述的小麦ALS突变型基因的表达盒、重组载体或细胞。

本发明还要解决的技术问题是提供了上述小麦ALS突变型基因、蛋白、表达盒、重组载体或细胞在制备绿色植物除草剂方面的应用。

本发明还要解决的技术问题是提供了获得具有除草剂抗性的绿色植物的方法。

本发明最后要解决的技术问题是提供了鉴定具有除草剂抗性的绿色植物的方法。

本发明人通过长期、艰苦的研究，对徐麦小麦的EMS突变植株(购自江苏省农业种质资源保护与利用平台)进行长期、不断地筛选，发现了一系列ALS突变蛋白，包括前文所述的某些已知ALS突变蛋白和新ALS突变蛋白，其对ALS抑制剂类除草剂不敏感，从而使得植物具有ALS抑制剂类除草剂抗性。本发明在植物育种中的应用，可用于培育具有除草剂抗性的植物，尤其是农作物，还开发了这些蛋白及其编码基因在转基因或者非转基因如小麦等作物中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种小麦ALS突变型基因，其在小麦D基因组的6DL染色体的ALS基因序列的第377位核苷酸由C变成核苷酸T。