[发明专利]一种具有咪唑啉酮类除草剂抗性的花生ALS突变基因及其应用

说明书

本发明涉及植物基因工程技术领域，提出了一种具有咪唑啉酮类除草剂抗性的花生ALS突变基因及其应用。所述花生抗咪唑啉酮类除草剂基因AhALS‑G1709T的核苷酸序列为如SEQ ID NO3所示的核苷酸序列，由2001个碱基组成；或如SEQ ID NO3所示的核苷酸序列经一个或多个核苷酸的替换、缺失或插入得到的具有相同功能的核苷酸序列。所述花生抗咪唑啉酮类除草剂基因AhALS‑G1709T由乙酰乳酸合成酶III编码基因AhALS进行体外定点突变修饰得到，所述乙酰乳酸合成酶III编码基因AhALS的核苷酸序列如SEQ ID NO1所示。经转基因拟南芥、花生验证和鉴定，转基因花生中被修饰的AhALS‑G1709T基因能够有效提高转基因植物对咪唑啉酮类除草剂的抗性。该修饰基因可用于花生抗药性种质创制和新品种培育中。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体的，涉及一种具有咪唑啉酮类除草剂抗性的花生ALS突变基因及其应用。

背景技术

花生是我国重要的油料作物和经济作物，年均种植面积450万hm²，年均总产1600万t左右。长期以来，我国食用植物油供需矛盾突出，国内供给总量严重不足，进口风险剧增。与其他大宗油料作物相比，花生总产量大、单产水平高、单位面积产油量高、单位面积种植效益高，具有较大竞争优势，在保障我国食用油安全供给中发挥着不可替代的重要作用。然而，各种外界不利因素的影响已经成为花生生产发展的严重障碍，而花生田杂草因种类繁多、数量巨大、发生普遍，且与作物争水、肥、光等资源，改变田间小气候，甚至寄生多种病虫害，加速病虫害的蔓延，加之多数产区生长季节雨热同期，高温高湿更加重了草害，严重降低了花生的产量和品质，已成为花生机械化生产、轻简化栽培急需解决的关键问题。化学除草是控制农田杂草的经济有效手段。但是，由于常年施用单一除草剂，或除草剂成分类似，已造成抗药性杂草大量发生，加大了除草难度，加剧了杂草的危害。另一方面，花生田中既有马塘、稗草、牛筋草等禾本科杂草，更有反枝苋、马齿苋、铁苋菜等阔叶杂草，同时防除两种杂草涉及除草剂混用问题，由于除草剂具有高度选择性，稍有不慎即可对作物产生药害。此外，土壤中上茬作物除草剂残留物积累更可导致后茬作物的药害。众多研究指出，种植抗除草剂品种可以有效避免这些问题。目前，国内外研究者在水稻、玉米、小麦、棉花等粮食作物以及包括油菜、大豆、向日葵等在内的油源作物的耐除草剂基因发掘和种质创制方面已经取得了较大进展，国际上一些具有重要价值的转基因抗除草剂作物品种已经开始大规模商业化种植。但是，到目前为止，国内外还没有关于花生除草剂抗性基因的报道。

除草剂是通过干扰和抑制植物的代谢过程而造成杂草死亡，这些代谢过程往往由不同的酶系统所诱导。除草剂的作用靶标多是不同的酶系统，通过对靶标酶的抑制，最终干扰植物的代谢作用，如抑制植物光合作用、抑制细胞分裂、抑制脂肪或氨基酸生物合成等。不同类型除草剂可能抑制同一代谢反应，但是它们的作用位点(靶标酶)存在明显差异。咪唑啉酮类除草剂即是以支链氨基酸合成的起始酶乙酰乳酸合成酶(acetolactatesynthase，ALS)也称为乙酰羟基酸合成酶(acetohydroxyacid synthase，AHAS)为靶标开发的除草剂。除此之外，目前以ALS为靶标开发的除草剂还包括磺酰脲类(sulfonylureas，SU)、三唑嘧啶类(triazolopyrimidines，TP)、嘧啶水杨酸类(pyrimidyl-benzoates，PB)和磺酰氨羧基三唑啉酮类(sulfonlyaminocarbonyl-triazolinones，SCT)等5大类除草剂，统称为ALS抑制剂类除草剂。ALS抑制剂类除草剂通过抑制ALS酶的活性，导致支链氨基酸(包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)的合成受阻，蛋白质合成出现异常，最终导致植物生长停滞，继而死亡。ALS类除草剂具有选择性强、杀草谱广、除草效率高、使用剂量低、对人畜毒副作用低等优点，在生产上得到广泛应用，已成为继草甘膦后的第二大类除草剂。其中，咪唑啉酮类除草剂又因其施用方便(既可土壤处理也可茎叶处理)、禾阔兼杀等诸多优点，而在花生等旱田作物广泛应用。但是，由于大量连续使用这类除草剂，使得抗该类除草剂的抗性杂草生物型数量急剧增加。