[发明专利]使植物具有除草剂抗性的小麦ALS突变型蛋白、基因及其应用

说明书

本发明公开了使植物具有除草剂抗性的小麦ALS突变型蛋白。本发明还公开了编码上述蛋白的核酸。该蛋白来源于抗ALS抑制剂类除草剂的小麦突变体植株，与野生型小麦A基因组中的ALS序列相比，其蛋白序列在Ser630位点突变。植物表达该蛋白序列可以抗(耐)乙酰乳酸合成酶抑制剂类除草剂，特别是咪唑啉酮类除草剂。本发明的小麦ALS突变蛋白的小麦1叶1芯幼苗在施用3mL百垄通/L水(9倍推荐使用浓度)后，植株仍然正常生长发育和结实。

技术领域

本发明属于植物蛋白和植物抗除草剂领域，涉及使植物具有除草剂抗性的小麦ALS突变型蛋白、基因及其应用；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

农田杂草是导致农作物减产的最主要原因之一。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人们公认的防除农田杂草最高效的、简便的和经济的治理方法。

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、对哺乳动物毒性低等优点，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。因此，培育一些抗(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、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，即每个基因在小麦基因组中都有3个拷贝。目前，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

发明目的：本发明所要解决的第一个技术问题是提供使植物具有除草剂抗性的蛋白。

本发明还要解决的技术问题是提供了编码该蛋白的核酸以及表达盒、载体和细胞等。

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植物的方法和应用。

本发明还要解决的技术问题是提供了判断植物是否采用本发明方法获得的鉴定方法。