[发明专利]降解除草剂草甘膦的抗性基因及其编码蛋白

说明书

技术领域

本发明属于基因工程领域，具体涉及一种高效降解除草剂草甘膦的抗性基因的分离，同时还涉及一种高效降解除草剂草甘膦的抗性基因在抗草甘膦转基因植物育种中的应用。

背景技术

草甘膦（glyphosate）是由美国孟山都公司（Monsanto Company,St.Louis,MO）于1970年开发的一种有机磷除草剂。自1974年在美国登记注册（商品名Roundup，中文名农达）以来被广泛应用于农业、城镇、花园、森林等环境下防除杂草，至今已成为全世界使用面积最大的除草剂，其同类产品还有Aquamaster（Monsanto Company,St.Louis MO）和Rodeo（Dow Agrosciences,Indianapolis,IN），主要应用于水生环境下杂草的防除。

草甘膦作为一种甘氨酸的磷酸亚甲基衍生物，化学名称为N-磷酸亚甲基甘氨酸(N-(phosphonomethyl)glycine,GLP)，其分子式为C₃H₈NO₅P，分子量为169.1。草甘膦纯品系白色无味结晶，无挥发性，熔点为200℃（不降解）。草甘膦为兼性化合物，具有高度极性，难溶于无水乙醇、乙醚、苯等有机溶剂中，在水中的溶解度较低（1.2%，25℃）。在农业生产上，草甘膦被加工成盐类，以提高其水溶解度和植物吸收效果，同时剂型中加入表面活性剂和增效剂等成分，可以提高草甘膦在植物表皮细胞上的渗透性。

草甘膦通过植物叶片角质层吸收后，在体内经木质部和韧皮部传导至植物的分生组织，从而对植物的细胞分裂、呼吸作用及代谢合成产生干扰作用。草甘膦的作用机理主要是竞争性抑制莽草酸途径中的关键酶：5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸合成酶（5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase,EPSPS）。EPSP合酶是细菌、真菌、藻类和植物体内合成芳香族氨基酸及芳香族化合物的关键酶，参与催化将烯醇式丙酮酸部分从磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenol pyruvate，PEP）转移到3-磷酸莽草酸（shikimate-3-phosphate，S3P）的5-羟基上，合成5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸。PEP分子与目标羟基形成共价键结合，形成四面体中间产物，随后释放磷酸根（Pi）生成烯醇式丙酮酸产物。草甘膦作为EPSPS底物之一的PEP的过渡态结构类似物，竞争性地结合到EPSPS的底物结合位点上，形成EPSPS-S3P-Glyphosate复合物，影响了5-烯醇式丙酮酸莽草酸-3-磷酸和分支酸的合成，从而抑制了EPSPS的正常生理活性，导致莽草酸代谢途径的反馈抑制，使植物体内积累了大量的莽草酸，由此阻断了芳香族氨基酸的合成。而芳香族氨基酸参与合成微生素、生物碱及吲哚衍生物等多种次级代谢产物，在细胞分裂、呼吸作用、蛋白质合成中起着重要作用，其合成量不足会严重影响到植物的正常发育代谢。同时EPSPS酶活被抑制，也使得莽草酸途径的碳代谢通量增加，直接影响植物体内其他代谢合成途径的碳通量短缺。