[发明专利]一组抗除草剂蛋白及其在植物育种中的应用

说明书

本发明公开了一组抗除草剂蛋白及其在植物育种中的应用。提供了使植物具有除草剂抗性的ALS蛋白质，与野生型相比，带有在位点168从P到L的氨基酸突变和/或在位点624从S到N的氨基酸突变。另外，本发明还提供了相应的获得具有除草剂抗性的植物的方法和应用、以及鉴定本发明的抗除草剂植物或抗除草剂植物的方法。

技术领域

本发明属于植物蛋白质领域，具体而言，本发明涉及能赋予高粱或者其他植物除草剂抗性(耐受性)的蛋白及其在植物育种中的应用。

背景技术

除草剂又称杀草剂。能杀死杂草或有害植物，而不影响农作物正常生长的化学药剂。可用于防治农田杂草或杀灭非农耕地的杂草或灌木。按其作用特点可分为选择性除草剂和灭生性除草剂。选择性除草剂指在使用一定剂量和浓度的范围内，可有选择性地杀死某些种类的植物，而对其他种类植物无害。常见的除草剂，包括有磺酰脲类、咪唑啉酮类、嘧啶并三唑类、水杨酸嘧啶类等除草剂，目前已经大面积商业推广使用。然而，由于这些除草剂通常也能杀死农作物本身，因此对一般不具有除草剂抗性(耐受性)的农作物而言，除草剂的使用在时间和空间上受到了极大限制，如需要在农作物播种前一段时间使用除草剂，以达到除草的目的。传统的清除杂草方式是人工操作，所需要消耗的人力资源和成本非常高，不利于农业大规模化的生产。培育对除草剂有抗性的农作物有极大的经济价值和商业用途，这样可以在种植期间使用除草剂，对抗性农作物使用对应的除草剂，在不影响农作物生长的情况下，杀死杂草，不但拓宽除草剂的使用范围，也可以节约农业的人力资源和成本，有利于农业的大规模化的生产。

以ALS为靶点来研制开发的除草剂目前已有五大类，即磺酰脲类(SU)、咪唑啉酮类(IMI)、磺酰氨基-羰基三唑啉酮(SCT)、嘧啶水杨酸类(PTB)和三唑并嘧啶类(TP)。因此，在本文中，除草剂抗性指的是对包括磺酰脲类、咪唑啉酮类、三唑并嘧啶类、嘧啶水杨酸类在内的除草剂具有耐受性。

ALS为靶点来研制开发的除草剂的作用机理是通过抑制乙酰乳酸合酶(acetolactate synthase,ALS)的活性,破坏蛋白质合成，干扰DNA合成及细胞分裂与生长，最终造成植株死亡达到杀死植物的目的。而植物对这类除草剂的抗性则来自ALS基因一个或多个氨基酸突变而导致酶的结构变化。

目前，已经发现ALS突变蛋白在不同植物(包括玉米、小麦、水稻、油菜和向日葵等)的同源蛋白的第122、155、197、205、574、653、654等位点会产生突变，从而使得相应植物对咪唑啉酮类、磺酰脲类、三唑并嘧啶类类和嘧啶水杨酸类等除草剂产生抗性(Tan S，EvznsR R,DahmerM L,et al.1midazoIinone-tolerant crops:History,current status andFuture.Pest Management Science.2005,61:246-257；Tan S,Evzns R R,Dahmer M L,etal.1midazolinone-tolerant crops:History,current status and Future[J].PestManagement Science.2005,61:246-257)。然而，没有报道表明，在高粱的ALS基因的168位点发生从P到L和/或在624位点发生从S到N的氨基酸突变，会使得高粱植物具有除草剂抗性。

本发明人正是经过长期而艰苦的研究实践，通过化学诱变的方法在高粱突变植株中发现了一系列(突变)蛋白，其能够在除草剂存在的条件下基本保持原有蛋白的正常植物生理功能，从而使得植物具有除草剂抗性(耐受性)。本发明人还开发了这些蛋白及其编码基因在转基因，基因编辑或者非转基因，非基因编辑植物育种中的应用，可用于培育具有除草剂抗性的植物，尤其是农作物，如其他农业植物等。

发明内容

本发明的目的在于提供一个或者多个新的使植物具有除草剂抗性的氨基酸序列，本领域人员可通过已知的生物技术，例如转基因，基因编辑或者突变技术，使得植物能够表达上述的蛋白质，该植物既可具有除草剂的抗性。