[发明专利]一种抗除草剂草甘膦基因表达结构及其在玉米中的应用

说明书

技术领域

本发明属农作物的生物工程育种领域，具体说，涉及一种抗除草剂草甘膦基因表达结构及其在玉米中的应用，是通过人工合成除草剂草甘膦抗性基因、定向重组到玉米基因高效表达的插盒中，通过转基因技术获得耐草甘膦特性优异的转基因玉米。

背景技术

草害是影响作物生长和产量的重要因素。据联合国粮农组织(FAO)统计，全世界每年因病虫草害致农作物产量下降三分之一，其中因草害损失11％。要满足日益增长的需求，粮食生产的集约化和提高单位面积上的生产力是首选措施，而这需要加强草害的防治。针对草害，传统防治措施主要是依靠中耕除草和除草剂施用，成本较高。

玉米是重要的粮食和饲料作物，也是重要的工业原料和能源作物，在我国经济中起着十分重要的作用。我国玉米种植区域广，杂草种类及危害情况也极为复杂，并且因耕作制度和除草方式使杂草群落不断演替而危害玉米生长。杂草与玉米相伴而生，地上争夺阳光和空间，妨碍田间通风透光，造成玉米群体光能利用率低；地下则争夺土壤养分、水分，导致玉米植株营养不良，严重影响了玉米的产量和品质。同时，许多杂草是农作物病虫的天然寄主，易导致病虫害在玉米田间传播。

自从1942年除草剂2,4-D问世以来，杂草防治由人工除草进入化学除草时代。此后，除草剂新品种层出不穷，应用范围也越来越广，有效的提高了劳动生产率、降低了成本。1971年草甘磷上市，该除草剂为内吸传导型广谱灭生性除草剂，除草效果好，且在环境中容易降解。草甘膦能竞争性抑制莽草酸途径中5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)的活性，从而阻断芳香族氨基酸和一些芳香化合物的生物合成，扰乱生物体正常的氮代谢而使其死亡。其在24-28小时内就可扩散到整棵植株，使其2-10天内出现枯萎或死亡。由于草甘膦是一种非选择性除草剂，对农作物同样有毒害作用，喷施后对作物的光合作用和代谢过程会产生一定的影响，这极大限制了草甘膦在农业生产中的应用，因此，耐除草甘膦转基因作物的发展无疑有广泛市场。1985年，Comai等从鼠伤寒沙门氏菌中分离出了抗草甘膦的突变基因aroA并将其转入烟草，首次获得了耐除草剂的转基因植物，之后有关抗草甘膦新基因研究报道层出不穷，耐草甘膦转基因作物也相继研发成功并推广应用。2011年，耐除草剂性状转基因作物种植面积为9390万公顷，占全球转基因作物种植面积的59％。同时也减轻了农药滥用对农业环境的影响。

耐草甘膦转基因作物得以应用的两个关键因素是：耐草甘膦基因的获得以及该基因在转基因作物中的表达量能保证草甘膦在除草剂量施用下植株仍能生长发育正常。也就是说，高抗草甘膦基因的发掘及利用是转基因作物成功推广的奠基石。目前，在转基因耐除草剂植物中草甘膦抗性基因即突变的5-烯醇式丙酮莽草酸-3-磷酸合成酶(EPSPS)基因最为广泛应用。