[发明专利]小麦抗除草剂蛋白及其在植物育种中的应用

说明书

技术领域

本发明属于植物蛋白质领域，具体而言，本发明涉及能赋予植物（尤其是小麦）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

农田中杂草是影响农作物产量的最重要因素之一，而人工除草所需要消耗的人力资源和成本很高，而且不便于农业集约化生产，严重制约了农作物种植向高产、优质和低成本方向的发展进程。因此，除草剂就应运而生，其使用为解决农田草害、促进栽培方式的革新及增产中起了很大的作用。

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。

为此，人们研究开发具有除草剂抗性（耐受性）的植物（农作物），这样可以在种植期间使用除草剂，杀死杂草，但不影响植物本身的生长，由此拓宽了除草剂的使用范围。然而，具有除草剂抗性的植物及其起决定性的物质（如蛋白、基因等）目前还没有理论来定向设计出，只能依赖于科研人员艰苦实践而获得，尤其是依赖长期筛选，并且凭借一些运气才能获得。

本发明人正是长期而艰苦的研究实践，偶然地在小麦宁春4号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或者非转基因植物育种中的应用，可用于培育具有除草剂抗性的植物，尤其是农作物，如小麦等。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供新的使植物具有除草剂抗性的蛋白质。另外，本发明还提供了编码这些蛋白质的核酸以及基因工程中间体（如，表达盒、载体和细胞等），获得具有除草剂抗性的植物的方法和应用，并且提供了判断植物是否采用本发明方法获得的鉴定方法。

具体而言，在第一方面，本发明提供了使植物具有除草剂抗性的ALS蛋白质，其带有Ala179和/或Ser627突变，即带有Ala179突变、或者Ser627突变、或者Ala179和Ser627双突变。在本文中，ALS就是乙酰乳酸合成酶（acetolactate synthase）的简称，其酶分类编号为EC4,1.3.18。乙酰乳酸合成酶是支链氨基酸合成中的一个关键酶，如在缬氨酸和亮氨酸的合成中催化丙酮酸生成乙酰乳酸和二氧化碳，在异亮氨酸的合成中催化丙酮酸与丁酮酸生成2-乙醛基-2-羟基丁酸（James C. Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2006. ISAAA Briefs. Ithaca, NY）。

本发明第一方面的蛋白质是从本发明人突变的水稻植株中发现的。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、和/或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、三唑嘧啶类和嘧啶水杨酸类等除草剂产生抗性（Tan S,  Evzns R R, Dahmer M L, et al. Imidazolinone-tolerant crops: History， current status and Future. Pest Management Science. 2005, 61: 246-257；Tan S, Evzns R R, Dahmer M L, et al. Imidazolinone-tolerant crops: History, current status and Future [J]. Pest Management Science. 2005, 61: 246-257）。然而，没有报道表明，在来自水稻的ALS的第179和/或627位突变，会使得相应植物（尤其是水稻）具有除草剂抗性。