[发明专利]抗药性稗草中的1‑氨基环丙烷‑1‑羧酸氧化酶及其编码基因、突变位点与应用

说明书

技术领域

本发明涉及稗草抗药性相关基因及其应用，特别涉及抗药性稗草中的1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶及其编码基因、突变位点与应用，属于植物生物技术领域。

背景技术

据申请人所知，稗草(Echinochloa)是一年生禾本科稗属植物的总称，目前全世界已发现约有35种稗草，生长在热带或亚热带地区，其中我国发现有8种稗草(Chen&Philips,2006)。作为全球十大农田恶性抗性杂草之一，稗草已对很多类型的除草剂产生了抗药性(Heap I,2015)。目前，稗草对除草剂产生抗药性的机理研究主要侧重于除草剂作用靶标蛋白位点突变和非靶标蛋白位点突变。

20世纪40年代以前研究人员就发现，乙烯是植物体内重要的天然激素，不仅具有催熟作用，而且还是一种内源生长调节剂，在生理上对植物生长和发育的许多方面都有影响，它影响的过程包括：种子萌发，根和茎的生长，花的发育，花、叶的衰老和脱落，果实的成熟。后来的研究表明，乙烯也参与调节了植物一系列对应于生物和非生物胁迫的反应，例如机械伤害、冷害、渍水、病原菌入侵等，另外乙烯也参与了植物程序性死亡和DNA降解。Adams D O等(1979)以苹果组织为研究对象，发现了高等植物体内乙烯的生物合成途径：甲硫氨酸(Met)→S-腺苷甲硫氨酸(SAM)→1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)→乙烯(ET)。Yang S F等(1979)对芹菜和番茄等16种蔬菜的根、茎、叶、花和果实的组织进行培养试验，发现1-氨基环丙烷-1-羧酸能显著增加植物组织中乙烯的生成量，肯定了乙烯的生物合成途径，也证明了1-氨基环丙烷-1-羧酸是一种有效的生长调节剂。另外，Cameron A C等(1979)研究发现，催化SAM向ACC转化的酶叫ACC合成酶(ACS)，催化ACC向乙烯转化的酶称为ACC氧化酶(1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶，简称ACO)。从合成途径中可以看出，1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)是乙烯合成过程中的一个重要的中间产物，在有氧条件下，ACC在ACC氧化酶的催化下形成乙烯，该反应由ACC氧化酶催化，是乙烯生物合成的关键步骤之一。

随着除草剂的长期使用，稗草对常用的除草剂—二氯喹啉酸的敏感性正在逐年下降。前面有人研究认为稗草对二氯喹啉酸产生抗药性与吸收、传导、代谢无关，而与乙烯的合成途径变化有密切关系。Yasuor等(2012)在研究卡里福利亚水稗(Echinochloa phyllopogon)的抗二氯喹啉酸机制中也发现，敏感生物型中乙烯产量比抗性生物型中乙烯产量要多。国内也研究了西来稗(Echinochloa crus-galli var.zelayensis)对二氯喹啉酸的抗性机制，四个西来稗抗性生物型中的乙烯、1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)的水平比敏感性生物型中低，且抗性生物型中ACC合成酶和ACC氧化酶的活性比敏感性生物型中低，表明了乙烯生物合成途径的抑制导致了西来稗抗药性的产生(Xu et al.,2013)。

经检索发现，公开号为CN100393874C的中国专利公开了类1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶及其编码基因，特别涉及类1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶及其编码基因在棉花纤维生产中的应用，该专利中的基因编码一个类1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶，具有乙烯合成酶(ACO)的功能，在棉花纤维发育的起始开始转录，并在伸长期大量转录，在棉花纤维组织中大量表达，显著提高了纤维生长速度和长度，说明了乙烯合成数量与纤维长度的正相关性。

由于抗衰老和保鲜的生产需要，花卉和水果例如康乃馨、番茄等植物中ACO基因特征及其表达的研究已取得了很大的进展。然而，在禾本科植物中有关ACO的研究报道相对较少。迄今为止，ACO基因未见从稗草中克隆，且从基因水平来阐述乙烯生物合成途径对稗草抗药性的影响也未见报道。

发明内容

本发明所要实现的发明目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种抗药性稗草中的1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶及其编码基因、突变位点与应用。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种抗药性稗草中的1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶，其氨基酸残基序列如SEQ ID NO：3所示。

序列表中的序列3的蛋白质由311个氨基酸残基组成，存在DIOX_N和2OG-FeⅡ_Oxy两个结构域。

上述抗药性稗草中的1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶的编码基因也属于本发明的保护范围，该编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示。