[发明专利]除草剂抗性蛋白质、其编码基因及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种除草剂抗性蛋白质、其编码基因及用途，特别是涉及一种对2,4-D具有抗性的蛋白质、其编码基因及用途。

背景技术

杂草可以迅速耗尽土壤中作物和其它目的植物所需要的有价值的养分。目前有许多类型的除草剂用于控制杂草，一种特别流行的除草剂是草甘膦。已经开发了对草甘膦具有抗性的作物，如玉米、大豆、棉花、甜菜、小麦和水稻等。因此可以对种植草甘膦抗性作物的田地喷洒草甘膦以控制杂草而不显著损害作物。

草甘膦已经在全球广泛使用超过20年，由此导致对草甘膦和草甘膦耐性作物技术的过度依赖，并在野生杂草物种中对草甘膦天然更具耐受性或已经发展出抗草甘膦活性的植物施加了高选择压。已报道有少数杂草已发展出对草甘膦的抗性，包括阔叶杂草和禾本科杂草，如瑞士黑麦草、多花黑麦草、牛筋草、豚草、小飞蓬、野塘蒿和长叶车前。此外，在广泛使用草甘膦耐性作物之前并不是农业问题的杂草也逐渐盛行，并且难于用草甘膦耐性作物控制，这些杂草主要与(但不仅与)难于控制的阔叶杂草一起出现，如苋属、藜属、蒲公英属和鸭跖草科物种。

在草甘膦抗性杂草或难于控制的杂草物种的地区，种植者可以通过罐混或换用能控制遗漏杂草的其它除草剂来弥补草甘膦的弱点。在多数情况下控制阔叶杂草的一种流行且有效的罐混伴侣为2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)。2,4-D已经在农业和非作物条件下用于广谱阔叶杂草控制超过65年，仍是全球最广泛使用的除草剂之一。对进一步使用2,4-D的限制在于它在双子叶植物(如大豆或棉花)中的选择性非常低，因此2,4-D一般不用于(且一般不靠近)敏感性双子叶作物。此外，2,4-D在禾本科作物中的用途在某种程度上受限于可能出现的作物损伤的性质。2,4-D和草甘膦的组合已经用于在种植免耕大豆和棉花之前提供更强的灭生处理，然而，由于这些双子叶物种对2,4-D的敏感性，这些灭生处理必须在种植前14-30天进行。

和MCPA、2-甲-4-氯丙酸和2,4-D丙酸一样，2,4-D是苯氧酸类除草剂。2,4-D用于在许多单子叶作物(如玉米、小麦和水稻)中选择性控制阔叶杂草而不严重损伤目的作物。2,4-D是合成的植物生长素衍生物，其作用为使正常的细胞激素内稳态失调，并阻碍平衡的受控生长。

2,4-D对某些植物具有不同水平的选择性(如双子叶植物比禾本科植物更敏感)。不同植物对2,4-D的不同代谢是不同水平选择性的一种解释。通常植物缓慢代谢2,4-D，因此靶位点的不同活性更可能解释植物对2,4-D不同的应答。2,4-D的植物代谢一般通过两步代谢实现，一般是羟基化后接着与氨基酸或葡萄糖缀合。

随着时间的发展，微生物种群已经发展出降解此特定外来物的有效的替代途径，所述途径引起2,4-D的完全矿化。对微生物连续应用除草剂可用来选择能利用除草剂作为碳源用于生长(从而使其在土壤中具有竞争优势)的微生物。因为这个原因，目前将2,4-D配制为具有相对短的土壤半衰期，并且对其后的作物没有遇到明显的遗留效应。这促进了2,4-D的除草剂应用。

已经广泛研究了其降解2,4-D能力的一种生物是真养雷氏菌(Ralstonia eutropha)。编码矿化途径中的第一个酶促步骤的基因为tfdA。TfdA通过α酮戊二酸依赖性双加氧酶反应催化2,4-D酸转化成二氯苯酚(DCP)。DCP与2,4-D相比几乎不具有除草剂活性。TfdA在转基因植物中用于向通常对2,4-D敏感的双子叶植物(如棉花和烟草)中输入2,4-D抗性。

已在环境中鉴定了大量编码能降解2,4-D的蛋白质的tfdA型基因。许多同系物与tfdA类似(氨基酸同一性>85％)并具有与tfdA相似的酶活性。然而，不是所有具有TauD等结构域的蛋白质都具有2,4-D降解功能，并且有大量同系物与tfdA具有显著更低的同一性(25-50％)，但却具有与α酮戊二酸依赖性双加氧酶Fe⁺²双加氧酶相关的特征残基。因此这些不同的双加氧酶的底物特异性是什么并不明确。与tfdA具有低同源性(氨基酸同一性28％)的独特实例是来自Sphingobium herbicidovorans的rdpA。已经显示此酶催化(R)-2,4-D丙酸(和其它(R)-苯氧丙酸)以及2,4-D(苯氧乙酸)矿化的第一步。

随着草甘膦抗性杂草的出现和2,4-D除草剂的扩大应用，需要对2,4-D敏感的目的植物中输入2,4-D抗性。目前未发现24DT11除草剂抗性蛋白在植物中的表达水平和对除草剂的耐受性报道。

发明内容